1.1 概述 1
1.1.1 发展简史 1
第1章 激光雷达的理论基础 1
1.1.2 概念 3
1.2 激光雷达作用距离方程 6
1.2.1 激光雷达作用距离方程的标准形式 6
1.2.2 激光雷达作用距离方程的特殊形式 8
1.3 探测原理 11
1.3.1 基本概念 11
1.3.2 背景噪声PBk 12
1.3.3 信噪比表达式 14
1.3.4 噪声因子NF 17
1.3.5 等效噪声功率 18
1.4.1 激光光束的形状 19
1.4 激光光束的性质 19
1.4.2 激光光束的束散角 20
1.4.3 激光光束的质量 22
1.4.4 激光的多路径效应 23
1.4.5 激光光束与搜索视场 24
1.4.6 搜索视场与图像质量 25
1.5 激光雷达优化原理 27
1.5.1 系统信噪比优化原理 27
1.5.2 系统效率优化原理 28
第2章 激光的大气传输特性 31
2.1 概述 31
2.2 大气的吸收性质 34
2.2.1 大气吸收的基本性质 34
2.2.2 能见度表示大气透射率 35
2.3.1 瑞利散射 39
2.3 大气散射 39
2.3.2 采氏散射和无选择性散射 42
2.3.3 确定大气散射的图解法 45
2.3.4 大气的总透射率 47
2.3.5 气象对激光传输的影响 48
2.4 大气湍流对激光传输的影响 63
2.4.1 闪烁效应 63
2.4.2 柯尔莫果洛夫(Kolmogorov)湍流模型 67
2.4.3 激光在湍流中的传输 69
2.4.4 湍流的其他影响 72
第3章 探测概率和虚警概率 73
3.1 概述 73
3.2 目标探测统计模型 74
3.2.1 目标的统计特性模型 74
3.2.2 目标统计模型的选择 76
3.3.1 一般系统模型 81
3.3 相干接收激光雷达的模型 81
3.3.2 激光雷达模型的大气湍流效应 85
3.4 非相干接收激光雷达的探测概率和虚警概率 89
3.4.1 基本规律 89
3.4.2 量子噪声限下的非相干接收激光雷达 92
3.4.3 热噪声限下的非相干接收激光雷达 93
3.5 光子噪声限下探测的统计数学 100
3.5.1 斯维林Ⅱ模型 100
3.5.2 斯维林Ⅳ模型 101
3.5.3 斯维林Ⅱ和斯维林Ⅳ模型的比较 102
3.5.4 对数--标准化统计分布 105
3.5.5 顿斯(Rice)分布 106
3.5.6 光子计数激光雷达信号的统计特征 108
第4章 目标和背景的光学特性 112
4.1 概述 112
4.2.2 激光雷达上视探测的背景 114
4.2 地球背景的光学特性 114
4.2.3 地球--大气系统的热辐射 124
4.2.4 海洋背景光学辐射特性 126
4.2.5 地物的辐射和反射特性 132
4.3 目标的激光散射特性 144
4.3.1 基本概念 144
4.2.1 激光雷达下视探测的背景 144
4.3.2 目标的激光雷达截面(LRCS)的估算 149
第5章 激光雷达的发射机与接收机 159
5.1 概述 159
5.2 激光器 160
5.3 激光雷达的体制与激光调制 173
5.3.1 激光雷达的体制 173
5.3.2 激光调制 176
5.3.3 激光参量放大器 183
5.4 相干激光雷达的发射机 184
5.3.4 激光的发射准直和扫描 184
5.4.1 光栅选支技术 186
5.4.2 稳频技术 187
5.4.3 本振光功率 191
5.5 探测器 192
5.5.1 探测器的响应率 193
5.5.2 噪声等效功率 194
5.5.3 光子探测器的工作极限 199
5.6 激光雷达接收机 200
5.6.1 脉冲激光雷达 201
5.6.2 接收机体制 205
5.6.3 信号处理分系统 212
5.7 相干激光雷达接收机的基本特征 219
5.7.1 混频效率 219
5.7.2 天线定理 220
5.7.3 混频定理 221
5.7.4 波前匹配 223
5.7.5 偏振控制 224
5.8 激光雷达发射机和接收机的设计原则 226
5.8.1 激光雷达整机的主要参数 226
5.8.2 相干接收系统主要电气参数 227
5.8.3 计算实例 227
5.8.4 激光雷达接收机性能评估 229
第6章 激光雷达系统 232
6.1 概述 232
6.1.1 激光雷达系统 232
6.1.2 激光雷达的发展趋势 234
6.2 激光测距雷达原理和组成 236
6.2.1 脉冲激光测距雷达 236
6.2.2 连续波激光测距雷达 238
6.2.3 激光测距雷达的性能 241
6.2.4 CO2脉冲激光测距雷达 244
6.2.5 微脉冲激光雷达 245
6.3 相干激光雷达 256
6.3.1 相干激光雷达对激光相干性的要求 256
6.3.2 相干激光雷达内光路的调准 257
6.3.3 角扫描速率 258
6.3.4 相干激光雷达接收机的有效孔径 259
6.3.5 光源的相干性 260
6.3.6 扫描谱线展宽 261
6.3.7 相干激光雷达实例 262
6.4 相干激光多普勒测速雷达 270
6.4.1 外差接收系统 270
6.4.2 多普勒信号处理技术 273
6.4.3 激光扫描测风场 274
6.4.4 长距离的相干脉冲多普勒测风激光雷达 277
6.4.5 尖峰效应测风激光雷达 281
参考文献 286