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1.1 概述1

1.1.1 发展简史1

第1章 激光雷达的理论基础1

1.1.2 概念3

1.2 激光雷达作用距离方程6

1.2.1 激光雷达作用距离方程的标准形式6

1.2.2 激光雷达作用距离方程的特殊形式8

1.3 探测原理11

1.3.1 基本概念11

1.3.2 背景噪声PBk12

1.3.3 信噪比表达式14

1.3.4 噪声因子NF17

1.3.5 等效噪声功率18

1.4.1 激光光束的形状19

1.4 激光光束的性质19

1.4.2 激光光束的束散角20

1.4.3 激光光束的质量22

1.4.4 激光的多路径效应23

1.4.5 激光光束与搜索视场24

1.4.6 搜索视场与图像质量25

1.5 激光雷达优化原理27

1.5.1 系统信噪比优化原理27

1.5.2 系统效率优化原理28

第2章 激光的大气传输特性31

2.1 概述31

2.2 大气的吸收性质34

2.2.1 大气吸收的基本性质34

2.2.2 能见度表示大气透射率35

2.3.1 瑞利散射39

2.3 大气散射39

2.3.2 采氏散射和无选择性散射42

2.3.3 确定大气散射的图解法45

2.3.4 大气的总透射率47

2.3.5 气象对激光传输的影响48

2.4 大气湍流对激光传输的影响63

2.4.1 闪烁效应63

2.4.2 柯尔莫果洛夫(Kolmogorov)湍流模型67

2.4.3 激光在湍流中的传输69

2.4.4 湍流的其他影响72

第3章 探测概率和虚警概率73

3.1 概述73

3.2 目标探测统计模型74

3.2.1 目标的统计特性模型74

3.2.2 目标统计模型的选择76

3.3.1 一般系统模型81

3.3 相干接收激光雷达的模型81

3.3.2 激光雷达模型的大气湍流效应85

3.4 非相干接收激光雷达的探测概率和虚警概率89

3.4.1 基本规律89

3.4.2 量子噪声限下的非相干接收激光雷达92

3.4.3 热噪声限下的非相干接收激光雷达93

3.5 光子噪声限下探测的统计数学100

3.5.1 斯维林Ⅱ模型100

3.5.2 斯维林Ⅳ模型101

3.5.3 斯维林Ⅱ和斯维林Ⅳ模型的比较102

3.5.4 对数--标准化统计分布105

3.5.5 顿斯(Rice)分布106

3.5.6 光子计数激光雷达信号的统计特征108

第4章 目标和背景的光学特性112

4.1 概述112

4.2.2 激光雷达上视探测的背景114

4.2 地球背景的光学特性114

4.2.3 地球--大气系统的热辐射124

4.2.4 海洋背景光学辐射特性126

4.2.5 地物的辐射和反射特性132

4.3 目标的激光散射特性144

4.3.1 基本概念144

4.2.1 激光雷达下视探测的背景144

4.3.2 目标的激光雷达截面(LRCS)的估算149

第5章 激光雷达的发射机与接收机159

5.1 概述159

5.2 激光器160

5.3 激光雷达的体制与激光调制173

5.3.1 激光雷达的体制173

5.3.2 激光调制176

5.3.3 激光参量放大器183

5.4 相干激光雷达的发射机184

5.3.4 激光的发射准直和扫描184

5.4.1 光栅选支技术186

5.4.2 稳频技术187

5.4.3 本振光功率191

5.5 探测器192

5.5.1 探测器的响应率193

5.5.2 噪声等效功率194

5.5.3 光子探测器的工作极限199

5.6 激光雷达接收机200

5.6.1 脉冲激光雷达201

5.6.2 接收机体制205

5.6.3 信号处理分系统212

5.7 相干激光雷达接收机的基本特征219

5.7.1 混频效率219

5.7.2 天线定理220

5.7.3 混频定理221

5.7.4 波前匹配223

5.7.5 偏振控制224

5.8 激光雷达发射机和接收机的设计原则226

5.8.1 激光雷达整机的主要参数226

5.8.2 相干接收系统主要电气参数227

5.8.3 计算实例227

5.8.4 激光雷达接收机性能评估229

第6章 激光雷达系统232

6.1 概述232

6.1.1 激光雷达系统232

6.1.2 激光雷达的发展趋势234

6.2 激光测距雷达原理和组成236

6.2.1 脉冲激光测距雷达236

6.2.2 连续波激光测距雷达238

6.2.3 激光测距雷达的性能241

6.2.4 CO2脉冲激光测距雷达244

6.2.5 微脉冲激光雷达245

6.3 相干激光雷达256

6.3.1 相干激光雷达对激光相干性的要求256

6.3.2 相干激光雷达内光路的调准257

6.3.3 角扫描速率258

6.3.4 相干激光雷达接收机的有效孔径259

6.3.5 光源的相干性260

6.3.6 扫描谱线展宽261

6.3.7 相干激光雷达实例262

6.4 相干激光多普勒测速雷达270

6.4.1 外差接收系统270

6.4.2 多普勒信号处理技术273

6.4.3 激光扫描测风场274

6.4.4 长距离的相干脉冲多普勒测风激光雷达277

6.4.5 尖峰效应测风激光雷达281

参考文献286