在激光雷达系统中, 受限于被测目标距离及反射特性的变化, 回波信号的峰值动态范围大, 导致由恒比定时鉴别电路确定的回波到达时刻波动较大, 产生的行走误差影响了系统的测距精度和测量范围。设计了一种带自适应增益控制的恒比定时鉴别电路, 基于回波信号水平快速自动调节放大电路的增益, 可适应较大动态范围下的目标测量。实验结果表明, 采用自动增益与恒比鉴别电路相结合的方法设计的激光雷达时刻鉴别电路, 可以基于回波信号水平在25ns的时间范围内实现放大电路增益的自适应调节; 当输入信号上升时间为3ns、电压动态范围为29dB时, 利用增益的自动控制可以将回波信号的动态范围降低至9dB, 将回波时刻鉴别误差控制在0.42ns内, 有效减小了测距系统的行走误差。

飞秒光频梳具有超宽光谱范围、超窄脉冲宽度以及超稳脉冲序列间隔的特点，不仅可以利用时域的周期脉冲实现大尺度范围的飞行时间测距，还可以利用频域的相干谱线获得高精度的干涉信息，在大尺度、高精度的绝对距离测量领域能够充分发挥其优势。系统测量得到目标距离与系统参数及大气环境要素密切相关，大气环境要素通过折射率影响测量得到的光程。模拟仿真以上因素对测距精度的影响十分必要。选择了双光梳法作为高精度测距技术方案，详细推导并模拟仿真了系统参数和大气环境要素对测距精度的影响程度。模拟仿真结果表明：随着重复频率的增大，重复频率的抖动对测距结果的影响将减小；减小两光梳间的重复频率差可以提高测距精度；大气环境温度抖动对测量距离的影响为1 ?滋m/(m·℃)；大气压强抖动对测量距离的影响为2.6 ?滋m/(m·kPa)；大气湿度对测距的影响较小,为高精度的双光频梳距离测量实验系统提供了理论指导。

基于卫星激光测距(SLR)系统的测距原理,对从角反射器反射的回波光子分布进行数值仿真,分析并讨论了卫星角反射器形状效应与SLR系统测距精度的关系。另外,为验证卫星角反射器形状效应的适用性,利用中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站SLR系统对不同轨道高度的卫星进行了实测。结果表明,卫星角反射器形状效应使从卫星反射的回波光子分布发生明显改变,激光脉冲被展宽。对于Starlette卫星,激光脉冲脉宽由50 ps展宽至72 ps,由卫星角反射器形状效应引起的测距误差约为5.4 mm。对于高轨Etalon-1卫星、中轨LAGEOS-1卫星和低轨LARES卫星,由卫星角反射器形状效应引起的测距误差分别约为15.4,7.4,5.0 mm。因此,要使SLR系统测量精度向毫米级发展,应当考虑卫星角反射器形状效应对测距精度的影响,这也为SLR系统的性能评估与结构设计提供了新的思路与途径。

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求，提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号，以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率，在此基础上建立回波功率的数学模型，并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时，使得距离模拟与能量模拟自成回路，实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明：设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟，回波延时精度优于2 ns，最大测程的测准率可达90%，满足了激光测距仪性能测试的检测需求。

激光测距仪的测距精度是衡量其性能的重要指标。本文设计了测距精度检测系统, 可实现 1 064 nm、1 540 nm、1 570 nm三个波长的测距仪精度检测。该系统由激光距离模拟器和激光辐射模拟器组成, 辐射模拟器可产生脉宽 5～250 ns、最大峰值功率 0.1 W的回波脉冲; 基于 FPGA的距离模拟器可以实现 50 m～990 km的大量程距离模拟。本文提出并实现辐射模拟器和距离模拟器的闭环检测, 以此测量消除系统固定误差。经过检测该系统全量程内距离模拟误差都小于 1 m。