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第1章 激光雷达系统设计基础1

1.1 基本概念与定义1

1.1.1 系统结构3

1.1.2 激光器6

1.1.3 光学系统10

1.1.4 光电探测器18

1.1.5 信号处理模块26

1.2 系统建模32

1.2.1 激光发射机32

1.2.2 激光接收机39

1.2.3 激光传输特性42

1.2.4 目标特性47

1.3 微弱光信号的探测方法52

1.3.1 光电子的统计规律52

1.3.2 直接探测54

1.3.3 传统外差探测58

1.3.4 平衡外差探测66

1.4 应用与发展69

1.4.1 跟踪激光雷达69

1.4.2 成像激光雷达71

1.4.3 后向散射激光雷达73

1.4.4 空间激光雷达75

1.4.5 水下激光雷达76

1.4.6 未来发展趋势76

第2章 光学天线与光机扫描系统78

2.1 引言78

2.2 光学天线的视场79

2.2.1 衍射极限视场79

2.2.2 光接收机视场81

2.3 光学天线的方向图函数82

2.3.1 方向图函数的定义82

2.3.2 光学天线效率84

2.4 直接探测光学天线85

2.4.1 焦平面上直接探测效率86

2.4.2 离焦平面上直接探测效率88

2.4.3 提高直接探测效率的光学方法90

2.5 相干探测光学天线97

2.5.1 相干探测信号模型97

2.5.2 均匀光束光学天线特性99

2.5.3 均匀光束艾里斑光学天线特性101

2.5.4 高斯光束艾里斑光学天线特性105

2.6 光机扫描系统112

2.6.1 光机扫描概述112

2.6.2 平面摆镜扫描114

2.6.3 旋转多面体的反射棱柱扫描120

2.6.4 旋转折射光楔扫描125

2.6.5 微机电系统扫描128

2.6.6 扫描视场滞后效应135

第3章 激光雷达方程138

3.1 传递函数138

3.1.1 线性系统数学模型139

3.1.2 光学传递函数142

3.1.3 其他子系统的传递函数145

3.1.4 系统总调制传递函数146

3.2 非相干激光雷达方程147

3.2.1 小角近似光亮度传递方程148

3.2.2 光学互易定理151

3.2.3 非相干激光雷达方程的一般形式154

3.2.4 后向散射非相干激光雷达方程156

3.3 相干激光雷达方程160

3.3.1 惠更斯—亥姆霍斯波动方程161

3.3.2 相干光学系统能量传递方程164

3.3.3 收发合置相干激光雷达方程168

3.4 激光雷达的信号回波170

3.4.1 信号与干扰170

3.4.2 散射介质中的信号回波172

3.5 单次后向散射激光雷达方程的计算方法174

3.5.1 单次后向散射激光雷达探测方法174

3.5.2 大气光学参数反演算法176

第4章 目标检测181

4.1 噪声中的信号检测181

4.1.1 噪声的统计特性181

4.1.2 包络检波器184

4.1.3 检波器与门限判决185

4.2 虚警概率与检测概率189

4.2.1 虚警概率189

4.2.2 检测概率191

4.3 脉冲积累193

4.3.1 相干积累194

4.3.2 非相干积累196

4.3.3 二进制积累199

4.4 起伏目标检测201

4.4.1 门限的选择202

4.4.2 检测概率的计算205

4.5 恒虚警率212

4.5.1 单元平均CFAR（单个脉冲）213

4.5.2 非相干积累单元平均CFAR215

第5章 波形与信号处理217

5.1 波形的类型217

5.1.1 低通、带通信号和正交分量217

5.1.2 解析信号218

5.1.3 连续和脉冲波形219

5.1.4 线性调频波形223

5.1.5 相位编码波形229

5.1.6 波形分辨率和模糊231

5.2 模糊函数237

5.2.1 引言238

5.2.2 典型波形的模糊函数240

5.2.3 模糊函数等高图252

5.2.4 数字编码波形254

5.3 信号处理263

5.3.1 信号调理264

5.3.2 模数转换器ADC及量化效应268

5.3.3 下变频技术274

5.3.4 脉冲压缩技术278

参考文献291

名词索引294