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脉冲激光雷达作为一种应用灵活的激光雷达体制,被广泛的应用到军事探测、地球科学和交通安全等多种应用领域当中。脉冲激光雷达系统的探测信噪比正比于系统的作用距离,且与系统的测距精度成正相关,因此探测信噪比的限制制约了脉冲激光雷达系统进一步的实际应用。目前的脉冲激光雷达通常采用电子学调制技术对发射脉冲信号进行调制来提高系统的探测信噪比,这种提高探测信噪比的方法已经遇到瓶颈。光子学调制技术是指采用光波导、光纤F-P腔等光子学器件,对激光信号进行调制和解调的技术,它能够实现高速率大带宽的信号调制,同时具有结构简单、功耗低和可调谐等显著优点,为脉冲激光雷达系统的进一步发展奠定基础。本文针对脉冲激光雷达系统探测信噪比受限的问题,将光子学调制技术应用到脉冲激光雷达系统当中,通过在激光雷达系统光电转换前端对脉冲信号进行调制和解调来突破电子学调制技术的瓶颈,提高脉冲激光雷达的探测信噪比等系统性能。本文首先基于光子学高频载频调制技术,提出了双声光调制脉冲外差激光雷达提高系统的探测信噪比的方法。从理论上推导了双声光调制脉冲外差激光雷达的探测信噪比,并结合调制参数等影响因素对系统探测信噪比的提高进行了分析,在此基础上通过仿真实验得到了优于传统脉冲激光雷达系统6~12 d B的探测信噪比。搭建了实验系统对双声光调制系统产生载频调制脉冲进行了验证实验,实验结果表明该系统的探测信噪比比传统脉冲激光雷达提高6.48 d B。本文结合脉冲压缩激光雷达理论和光子学调制技术中利用光纤光栅产生大啁啾调制脉冲的方法,提出了基于布拉格光栅的全光脉冲压缩激光雷达系统来提高系统的探测信噪比。通过矩阵传输理论和激光雷达信号处理理论对系统的工作原理进行了分析,并对系统探测信噪比和测距分辨率进行了仿真,仿真结果证明了通过产生大时间—带宽积的线性调频脉冲信号并进行脉冲压缩处理,系统探测信噪比能够提高16.14 d B。本文将光子学调制技术中利用双平行马赫-增德尔调制器(Mach-Mehnder modulator,MZM)实现基于光频率梳的任意波形产生的技术应用到脉冲激光雷达,并结合频率步进雷达的工作原理,提出了光外差探测的宽带频率步进脉冲激光雷达系统提高系统探测信噪比的方法,并进一步提出了基于质心算法的数据处理方法来提高系统的测距精度。并通过数值仿真得到了20.74 d B的探测信噪比改善和2.09 cm@10 m的理论测距精度。在实验室搭建了实验系统对所设计的宽带频率步进脉冲激光雷达系统的测距精度进行了验证实验,得到了2.38 cm@10 m的实验测距精度。本文对所设计的基于双平行MZM的宽带频率步进脉冲激光雷达系统进行了改进设计,提出了一套基于双平行MZM的线性调频脉冲激光雷达系统。该系统通过采用光子学调制技术中利用双平行MZM实现基于光学频率梳的任意波形产生方法,产生了具有大时间—带宽积的线性调频脉冲信号,在提高系统探测信噪比和测距精度的同时,进一步增大系统的无模糊探测距离。对产生的大时间—带宽积的线性调频宽脉冲信号进行理论分析,针对所产生信号中存在的相位畸变提出了相应的数据处理算法。数值仿真结果显示系统的探测信噪比提高21.2 d B,且在噪声条件等扰动条件下系统的测距精度优于7.5 cm@300 m。