激光雷达光接收机噪声的理论建模与实验研究

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激光雷达光接收机通常由光学系统、APD探测器、跨阻放大电路和主放大电路组成,是激光雷达的重要组成部分,其噪声特性直接影响激光雷达的探测灵敏度。为此,论文对激光雷达光接收机的噪声特性进行了建模分析和实验研究,旨在为激光雷达光接收机参数的优化设计提供依据。论文通过深入的资料调研,给出了雪崩光电二极管噪声特性和放大电路噪声特性的数学描述,并以此为基础,建立了激光雷达光接收机的噪声分析模型。通过大量的数值计算,讨论了背景光、偏置电压以及放大电路参数等对光接收机输出噪声的影响规律,得到了设定条件下的最佳偏置电压为202V。在实验上,搭建了激光雷达光接收机噪声特性研究的实验装置,并通过实验进一步验证了背景光、偏置电压以及放大电路参数等对光接收机输出噪声的影响规律。实验研究恒虚警条件下,激光雷达光接收机输出噪声功率随背景光的变化规律,发现随着背景光增加,噪声功率逐步增加直至趋于稳定。此外,实验还发现输出的噪声幅度统计很好地服从正态分布,正态拟合的R-Square在0.9888以上,但是弱背景光情况下输出噪声将会在正态分布主体的基础上将叠加幅值较大的小概率散粒噪声,这是恒虚警控制时光接收机输出噪声功率随背景光强弱变化的主要原因。论文研究工作及结果能够为激光雷达光接收机噪声的控制和系统参数的优化设计提供理论和实验基础。
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