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简介：激光探测和测距系统(LIDAR)
 以下四个示例设计演示了如何使用OptiSystem模拟光检测和测距系统（LIDAR），具体如下：□ 激光脉冲飞行时间测量□ 相移测距□ 调频连续波（FMCW）直接检测测距和调频连续波相干测距 图1.使用直接检测的FMCW LIDAR OptiSystem模型示例视图 1.测距(飞行时间)1）原理简介使用激光脉冲，飞行时间测距法测量****脉冲从****装置行进到目标并返回接收器所花费的时间。 然后计算距离[1] c是光速。接收信号功率是根据扩展目标模型确定的，计算如下[2]其中 Pt 是传输光功率，D 是接收器孔径， ρ 目标反射率， atm 是大气损耗系数，opt 是光传输系统损耗因子，R 是目标范围。为了可靠地确定到达脉冲的出发时间，使用恒比定时测量[3]方法（用Cpp组件实现）。 图2.测距仪（TofF）布局 2）应用案例
 □ 下面的示例中，一个高斯脉冲(峰值脉冲时间= 1 us) 传输过后从虚拟目标反射(由自由空间信道模型 (扩展目标)定义) ) 。经过衰减和延迟后，通过Cpp组件恒比定时测量法检测和后处理接收到的信号。□ 接收到的脉冲是在抽样时间6.02e-06秒触发的，进而发现该范围为751.27 m（与全局参数范围设置为750 m相比较）。 通过改变输入参数CFTDelay，CFTFraction，CFTNoiseThreshold可以修改恒比鉴别器的灵敏度。  图3.激光测距系统 2.测距(相移)测量对象/目标的距离的另一种方法是使用相移测距仪。 利用该方法，光源以特定频率Rf被调制并且朝向目标传送。 然后用PIN光电二极管跟随外差接收器检测反射信号。 相移来源于投射光信号 ()，并于原始参考信号做对比，以进行测量并用于计算距离 [1]:

 为了提高该系统的精度，参考和接收的调制信号可以与本地振荡器RLO混合，以将接收的波形变频到较低的频率（RLO-Rf）。 然后对这些信号进行带通滤波（以减少噪声）并由相位计（使用我们的可编程Cpp组件）进行处理。 图4.测距仪（相移）布局 3.测距(FMCW)最后提出的方法是调频连续波（FMCW）LIDAR。 已经开发了两种模型：直接检测的FMCW LIDAR和相干检测的FMCW LIDAR。 两种模式的工作原理相同。 频率调制的光发送器发送信号到目标，并且通过光电检测器检测反射信号并与原始线性调频（LFM）信号混合。 随着接收信号的时延，产生中频信号。 使用频率计数器（用我们的Cpp组件实现），测量检测到的Rf信号，然后用于如下计算[4]:其中RampPeriod等于全局参数的Time window ，DeltaFreq 等于参数RFSweepBandwidth（在子系统RF LFM Waveform Generator的组件参数内设置）。两个检测系统之间的唯一区别是使用平方律检波，而另一个使用相干零差检测器在混合前恢复输入光信号（后者因此提供更高的灵敏度，因为检测过程是散粒噪声限制）  图5.FMCW相干检测布局 [1]: Laser ranging: a critical review of usual techniques for distance measurement, Optical Engineering, Vol. 40, No. 1. (2001), pp. 10-19 by Markus C. Amann, Thierry Bosch, Marc Lescure, Risto Myllylä, Marc Rioux[2]: Ahmed H. Elghandour; Chen D. Ren; Modeling and comparative study of various detection techniques for FMCW LIDAR using OptiSystem, Proc. SPIE 8905, International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging 2013: Laser Sensing and Imaging and Applications, 890529 (September 19, 2013)[3]:Fast-Timing Discriminator Introduction, Ortec Inc., http://www.ortec-online.com/-/media/ametekortec/other/fast-timing-discriminator-introduction.pdf?la=en (accessed 10 Feb 2017)[4]: Ahmed H. Elghandour; Chen D. Ren; Modeling and comparative study of various detection techniques for FMCW LIDAR using OptiSystem, Proc. SPIE 8905, International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging 2013: Laser Sensing and Imaging and Applications, 890529 (September 19, 2013)