[摘 要]针对激光雷达多元探测中能量分散造成的灵敏度降低的问题，从相关检测理论出发，提出了利用多元探测实现视频累积的信号处理方法，并对多元相关探测体制下系统信噪比的改善情况进行了分析。
　　[关键词]相关探测、四象限、激光雷达、信噪比、频累积
　　中图分类号：TN958.98 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0130-01
　　1 引言
　　随着激光技术的快速进展，具有跟踪和成像功能的激光雷达已成为未来激光雷达的发展发向。由于激光雷达具有体积小、灵敏度高、精度高和分辨率高等特点，被广泛地应用在测距、跟踪和成像分析等领域，在军事应用上更是受到特别的关注。为了提高分辨率，实现跟踪和成像功能，多数场合都应用了多元探测器，但由于回波能量分散等原因，多元探测虽然实现了跟踪和提高分辨率的能力，却使得探测灵敏度较单元探测时有所下降，相应的缩小了作用距离，给实际应用带来了很多的困难。因此寻找合适的信号检测方法来提高信噪比，提高多元探测系统灵敏度和作用距离，对许多应用场合来说，都是至关重要的。我们从信号相关的原理出发，利用多元互相关技术对多元探测信号进行处理和分析，探求提高脉冲信号信噪比的方法，有效的提高了多元探测灵敏度下降的问题。
　　2 相关累积探测机理
　　一般来讲，进行信号探测的关键是如何利用信号与噪声在频谱特性、统计特征等方面的区别，而不是它们的强度差别来提取信号。利用信号有良好的时间相关性和噪声的时间不相关性（或仅在短时间内部分相关） ，对信号进行积累而对噪声不积累，把深埋于噪声中的信号提取出来，这种相关接收提取方法是弱信号检测的基础。在激光测距中，相关接收可以通过相干探测或相关检测方式来实现。一般认为采用直接探测基础上的弱信号相关检测比较适于大量实际应用。
　　提高探测概率的一个方法是对信号作平均处理。设进行n次测量，并将各个接收信号相加。若各个接收信号相关而噪声不相关，则最后SNR值增加，此时，探测概率增加，而与SNR有关的测量误差减小。当接收信号很好相关而噪声不相关（如白噪声）时，从n次独立的测试值合成后得到的最后SNR值为：
　　式中—净信噪比；
　　n—独立测量次数；
　　—单次测量的信噪比。
　　对于直接探测脉冲激光雷达来说，实现相关累积探测需要两个前提：一个是大功率高重频激光器，二是测量目标的移动速度不能太大。二者都大大提升了对激光器的要求，加大了系统的实现难度，并限制了应用范围。有必要采用一种变通的方式来实现相关累积。
　　随着跟踪和成像应用的迅速发展，越来越多的激光雷达采用了多元探测方式，但在提高跟踪精度和图像分辨率的同时，却带来了作用距离降低的影响。原因是接收光能量的分散给各个探测器。如何在不改变现有条件的基础上消除这种影响，也成了多元探测的一个研究课题。
　　将上述两个问题连接起来，我们发现可以利用多元探测来完成视频累积的功能，方法是将每一元探测器作为一次累积，对多元探测结果进行相加平均，通过累积效应来改善信噪比，提高作用距离。
　　3 多元相关探测的理论分析
　　有上述计算结果可以看出，通过四元相关累积，信噪比提高了两倍，因此可有效的提高灵敏度。
　　4 试验
　　4.1 试验安排
　　信号源采用模拟光源，它产生波长为1.06μm的激光信号，其重频为1kHz ，脉冲宽度10ns～20ns ，光脉冲峰值功率大于10～4W。利用光信号的发散特性，可以调节输入到光电探测器的光信号的大小，这样，可以实现在真实环境中光信号在不同信噪比时的信号输入。测量采用型号为TDS784D的数字存储示波器，用来检测光信号的大小和相关检测器的输出信号。
　　相关检测的具体构成如下。光电探测器是C30927E四元硅雪崩光电二极管组成， 探测器的光谱响应范围0. 4μm～1. 1μm ，而对于波长为1.06μm 的光信号有较好的响应特性。探测器输出的光信号经前置放大器放大后输出到乘法器，其中一路信号经过时间延迟τ后输入到乘法器。。
　　结论
　　分析和试验结果表明，在不改变原单元设计的情况下，使用多元探测器，利用相关处理技术，有效的提高了系统的信噪比和分辨率，实现了利用视频累积方法达到的效果，具有很强的使用价值。
　　激光雷达的发展趋势是进一步提高其作用距离，如何在现有条件下提高作用距离是激光测量中一个永恒的话题，在器件技术和工艺迅速发展的同时，有效的利用信号处理技术发挥系统能力，必将推动激光跟踪测量技术的快速前进。