光电倍增管信号诱导噪声的特性分析

论文摘要

激光雷达作为一种新兴的主动式现代光学遥感设备,凭借其高探测灵敏度、高时间、空间分辨率、大的探测范围、全天时性以及能够探测其他探测设备无法观测的高度范围等优势,成为探测中、高层大气的有力手段。在新的技术条件下,为获得更高时间分辨率、高空间分辨率的中高层大气廓线及其精细化结构,我们要使用功率更大的激光器以及孔径较大的光学望远镜进行大气探测。同时,为了接收中、高层大气,尤其是金属层的微弱回波信号并保证高信噪比,激光雷达系统中通常采用高量子效率、高灵敏度的光子计数模式的光电倍增管,结果就使得采集到的回波信号中由于近场强回波信号导致的信号诱导噪声所引起的非线性失真更为明显。为了获得准确可靠的大气参数数据,必须解决由光电倍增管信号诱导噪声所引起的信号非线性失真的问题。目前对于信号诱导噪声以及由它引起的非线性失真的信号处理方法主要有机械斩波、电子门控PMT、SIN模型以及外置电场,均有其不足之处。尤其对于SIN的特性进行分析时,光源的选取极大的干扰了实验结果的准确性,为此,本文提出了快速斩波的方法并设计了发生装置,在此基础上,又提出了两次斩波的方法及装置;分别以这两种装置设计了一套全新的光电倍增管信号诱导噪声的检测系统;进行了信号诱导噪声关于入射光脉宽以及光强的特性分析;建立了信号诱导噪声精细模型。本文提出了较大脉宽的脉冲光可以看作是由两个较小脉宽的光被连续发出的新观点,并将由两个脉宽组成的新信号与大脉宽信号做对比,其信号诱导噪声的相关系数高达0.98。为将信号诱导噪声从雷达数据中扣除提供了新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
•   1.1 中高层大气
•   1.2 大气探测激光雷达
•   1.3 大气探测激光雷达的应用现状
•   1.4 大功率孔径积激光雷达存在的问题
•     1.4.1 脉冲累计效应
•     1.4.2 信号诱导噪声
•   1.5 本文主要研究内容
• 第2章 分析信号诱导噪声对激光雷达数据反演的影响
•   2.1 光电倍增管的原理与结构
•   2.2 信号诱导噪声的形成原因
•   2.3 信号诱导噪声的特点
•   2.4 信号诱导噪声对激光雷达数据反演的影响
•   2.5 信号诱导噪声的检测方法
•   2.6 小结
• 第3章 微秒光脉冲的产生
•   3.1 概述
•   3.2 快速斩波的方法及装置
•     3.2.1 产生装置
•     3.2.2 快速斩波装置的实验测试及结果
•   3.3 两次斩波的方法及装置
•     3.3.1 理论模型
•     3.3.2 产生装置
•     3.3.3 脉宽调整方法
•     3.3.4 结果
•   3.4 小结
• 第4章 光电倍增管信号诱导噪声的检测系统
•   4.1 光电倍增管信号诱导噪声的响应特征检测方法
•   4.2 光电倍增管信号诱导噪声检测系统的结构
•     4.2.1 快速斩波光电倍增管信号诱导噪声检测系统
•     4.2.2 两次斩波光电倍增管信号诱导噪声检测系统
•   4.3 信号诱导噪声检测实验及结果处理
•     4.3.1 快速斩波检测系统的实验流程及结果
•     4.3.2 两次斩波检测系统的实验流程及结果
•   4.4 小结
• 第5章 信号诱导噪声特性分析
•   5.1 不同脉宽的信号诱导噪声特性
•   5.2 不同光强的信号诱导噪声特性
•   5.3 信号诱导噪声精细模型
• 第6章 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王璐

导师: 王继红

关键词: 中高层大气,激光雷达,光电倍增管,信号诱导噪声,斩波器

来源: 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)

分类号: P237

总页数: 91

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