1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 国防科技大学电子制约技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230037
受光子探测概率和探测器死时间的影响，多次累积得到的光子探测概率分布信号相对于真实目标回波信号往往会产生畸变，影响准确目标信息的提取。为此开展低信噪比条件下光子探测回波信息恢复方法研究，基于光子探测回波模型，提出基于局部退火的目标回波粒子群优化算法。仿真结果表明，不同信噪比条件下目标回波信号恢复性能的稳定性较好，在仿真条件下，算法得到的回波信号与真实回波信号的差异度控制在0.005以下，测距误差保持在3.4 cm以下。实验结果表明，该算法也能较好地恢复纵深目标信息，得到的目标纵深距离信息误差为3.45 cm。
遥感 光子探测 信息恢复 波形畸变 测距误差 目标回波 中国激光
2023, 50(10): 1010002
1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
2 国防科技大学电子制约技术安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230037
光子测距具有灵敏度高,探测距离远的特点,目标形状和姿态对光子测距的影响不可忽略。针对扩展平面、球面和非球面三种典型目标,建立了扩展目标光子探测回波概率分布模型,推导出不同倾斜角下混有时空分布的光子回波概率分布一般方程。实验表明,扩展平面的光子回波概率分布与数值计算结果一致。理论仿真分析了扩展目标的光子回波概率分布特性,讨论了光子测距误差与扩展目标类型和倾斜角间的变化规律。结果表明:平均回波光子数为3.9,目标处激光光斑半径为0.2m,倾斜角小于20°时不同扩展目标间的光子测距误差小于1.23mm;光子测距误差随着目标倾斜角的增大逐渐增大,且扩展平面目标测距误差受倾斜角影响最大。
激光光学 光子测距 测距误差 扩展目标 概率分布 回波特性
单光子激光雷达所获取的光子事件存在随机分布的特点，使得其激光测距值出现不确定性，从而降低了单光子激光雷达的测距精度。在不减小采样分辨率的情况下，采用累积邻近多光斑的光子事件来构建光子累积直方图，并基于反算的目标响应函数的时间重心来确定激光测距值。针对ICESat-2单光子激光雷达，以测距均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）为性能指标，构建出一种综合考虑陆地地形、累积光斑数目和回波光子数等多因素对其测距误差影响的评估方法。同时，选取ICESat-2过境美国犹他州西瓦利城的某观测条带的随机地形数据进行验证分析。结果表明，所提出的激光测距值解算方法能够使该条带的测距RMSE值由114.25 cm降低到63.84 cm，MAE值由70.97 cm降低到48.52 cm，均优于ICESat-2数据产品提供的137.96 cm RMSE值和97.24 cm MAE值，这对提升单光子激光雷达在陆地区域的测距精度具有一定的借鉴作用。
单光子激光雷达 累积直方图 目标响应函数 测距误差 single-photon lidar cumulative histogram target response function ranging error 红外与激光工程
2020, 49(11): 20200247
华东师范大学河口海岸学国家重点实验室, 上海 200062
通过研究目标镜面反射造成的测距误差,及分析强度数据与测距误差之间的关系,建立了一种基于原始强度数据的目标镜面反射测距误差模型。研究结果表明,利用原始强度数据可以建立一种测距误差修正模型,该模型不受目标材质和表面几何形状的影响,可以精确地对距离数据进行修正,对提高地面激光雷达的数据精度具有重要意义。
大气光学 地面激光雷达 镜面反射 测距误差 原始强度数据 多项式拟合 激光与光电子学进展
2019, 56(5): 050102
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
对于飞行目标轨迹测量中常用的脉冲激光测距系统,回光波形的变化对其测距精度的影响尤为显著。为了研究回光波形变化造成的测距误差,深入分析了复杂三维飞行目标的回波特性。以典型的调Q脉冲激光测距为基础,探讨了调Q脉冲激光发射脉冲的数学描述,建立了一种通过飞行目标的反射特性、表面形状及姿态信息计算回波功率分布的理论模型。在此基础上,以典型目标为例建立了目标模型,通过仿真模拟研究了脉冲激光回波特性,分析了目标姿态变化对回波特性及回波畸变测距误差的影响。搭建了脉冲激光测距实验系统,加工制作了模拟目标并进行了验证实验。实验结果表明,飞行目标姿态变化引起的回波脉冲展宽及回波畸变测距误差变化规律与理论分析基本一致,验证了所建理论模型的有效性。
遥感 激光测距 回波特性 测距误差 飞行目标
南京理工大学 智能弹药技术国防重点学科实验室, 江苏 南京 210094
为全面评价激光定距引信的探测能力, 确定其随距离变化的规律, 通过推导脉冲激光测距回波方程, 建立脉冲激光测距数据分布解析方程并提出误差量化评价方法。仿真分析并评估了探测距离对回波信号及探测能力各指标的影响, 最后通过试验得到验证。结果表明: 可靠测程内, 引信可实现可靠探测, 随探测距离减小, 测距随机误差先减小后增加, 系统误差逐渐增加; 引信最大可靠测程为84.8 m, 测程内随机误差为0.22~0.73 m, 满足引信远程定距的需求; 提高阈值可明显改善测距误差, 但会造成可靠测程减小。所得探测能力变化规律与评价方法可为脉冲激光引信设计与应用提供理论依据。
激光引信 探测能力 测距误差 探测距离 laser fuze detection capability range error detection distance 红外与激光工程
2018, 47(3): 0303005
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室（西安理工大学）, 陕西 西安 710048
在无人机的自主飞行及着陆引导中, 测距与定位是其中的关键问题。本文提出了一种基于无线紫外光的测距定位方法, 对无线紫外光直视通信模型和非直视通信模型进行了分析, 推导出直视和非直视情况下的距离计算公式。根据四节点定位算法, 可以解出未知节点的位置坐标。使用波长为255 nm的“日盲”紫外LED及光电倍增管作为收发器件, 测距信号采用10 kHz的方波信号, 在不同天气情况下进行测距实验。实验结果表明: 在直视情况下, 被测距离真值为0~100 m的测距误差均小于5 m; 在非直视情况下, 由于多径散射的影响, 有效测距距离降为0~70 m。当发送仰角和接收仰角均小于10°时, 测距误差较小, 均小于5 m, 当发送仰角和接收仰角均大于10°时, 随着发送仰角和接收仰角的增大, 有效测距距离明显降低。总的来说, 该算法有着较高的精度, 在GPS无法正常使用时能够为无人机提供导航数据, 基本能够满足自主降落和飞行引导的要求。
光通信 紫外光 定位方法 测距误差 飞行引导 light communication ultraviolet light positioning method ranging error flight guidance
大连海事大学信息科学技术学院， 辽宁 大连 116026
通过数据仿真的方法，仿真理想情况下手提盘煤仪的激光测距数据、姿态数据和定位数据，然后根据实际情况确定各误差参数，并将其依次代入仿真数据中，比较理论体积和代入误差后的仿真体积，得出误差因素对体积的影响规律，并分析了各误差的产生机理，比较了各误差因素对体积影响的大小，该研究结果为手提盘煤仪中重要误差因素的抑制或补偿提供了理论依据。
测量 激光测距误差 姿态误差 定位误差 误差分析 激光与光电子学进展
2017, 54(7): 071201
1 武汉大学 电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 地球空间信息技术协同创新中心, 湖北 武汉 430079
光束空间分布是影响星载激光测高仪测距指标的重要因素。根据星载激光测高仪接收脉冲回波分布特点, 通过对椭圆高斯足印及线性目标的理论建模, 基于接收脉冲回波信号时间重心及其方差的基本定义, 构建了椭圆高斯足印对星载激光测高仪测距值及其误差的影响模型。以GLAS星载激光测高仪为输入条件, 利用数值仿真分析的方法, 针对倾斜度和粗糙度分别为(3°, 1.7 m) 、(12.5°, 8.9 m)和(28.2°, 14.5 m)的三种典型观测目标, 系统论述了椭圆高斯足印的椭圆率与方位角对测距值及其误差的影响规律。结果表明, 激光测距值基本与椭圆高斯足印的椭圆率和方位角无关, 其测距值余量最大值不超过1 mm, 但是, 激光测距误差会随着椭圆高斯足印的椭圆率和方位角的增加产生起伏变化, 其测距误差余量最大值达到了47.04 cm。所得结论对于星载激光测高仪的硬件设计和性能评估具有一定实际应用价值。
星载激光测高仪 接收脉冲回波信号 椭圆高斯足印 激光测距值 测距误差 satellite laser altimeter received pulse signal elliptical Gaussian footprint range range error 红外与激光工程
2016, 45(7): 0717003
