激光雷达技术解析：外差探测原理

"外差探测的基本原理-ppt激光雷达" 外差探测是一种常见的激光雷达（LIDAR）系统中使用的信号处理技术，它依赖于信号光和本振光之间的干涉来提取目标信息。这种探测方法主要利用了光的相干性，通过比较信号光和本地振荡光（本振光）的相位差异来测量目标的距离、速度或其他特性。 在外差探测中，假设光电探测器的光敏面具有均匀的量子效率，并且两束光（信号光和本振光）以平行且重合的方式垂直入射到光敏面上。信号光和本振光的电场可以分别用标量形式表示，其中包含它们的振幅、角频率和初相位。当这两束光在光敏面上叠加时，会形成一个总的光电场。由于光电探测器遵循平方律特性，输出的光电流与这个总光电场的强度平方成正比。 在激光雷达系统中，有两种主要类型的探测方式：相干激光雷达和非相干激光雷达。相干激光雷达关注信号的幅度和相位，而非相干激光雷达则只关注信号的幅度。激光雷达方程是描述激光发射、传输至目标、反射回探测器以及接收机收集信号的整个光学过程的数学表达式。这个方程包括了激光发射功率、目标的后向散射系数、光学天线的有效接收孔径、大气传输衰减等多个因素。 激光雷达方程的一般形式是将激光发射功率的归一化函数与目标后向散射函数进行卷积，并考虑其他光学参数，如接收光学系统的效率、发射光学系统的效率、双程大气透过率等。在实际应用中，激光束的形状也是影响系统性能的关键因素，常见的光束形状有高斯光束、爱里光束和均匀光束（平面波）。高斯光束是最常见的一种，它的束腰半径、模场半径以及波前曲率半径都是描述其特性的关键参数。 外差探测技术结合激光雷达方程和不同类型的光束形状，为实现精确的目标探测和测量提供了理论基础。在激光雷达系统的设计和分析中，理解这些基本原理至关重要，因为它们直接影响到系统的性能和应用范围。