题目：全光纤相干测速激光雷达技术研究

捷联惯性导航系统（Strapdown Inertial Navigation, SINS）与多普勒测速系统组合的导航系统因为具有很好的导航自主性和可靠性已成为新的研究热点，为此要实现对运动平台自身运动速度的高精度测量。本文以“为组合导航系统提供高精度速度基准”为目标，结合测速雷达技术、光学相干探测技术和单模光纤器件技术，研制了高精度全光纤相干测速激光雷达原理样机，并利用它进行了实验室条件下测速实验。论文主要开展了以下工作： 一、 分析了影响激光雷达测速精度基本因素。频谱分析型测速激光雷达测速精度的克拉美-劳下限（Cramer-Rao lower bound, CRLB）受到数据宽度、采样率和信噪比的影响，实际的测速精度还受到频谱分析算法和硬件电路的限制。论文给出一般高斯过程下向量参数估计克拉美-劳下限的推导，通过建立的多普勒中频信号模型得出测速精度的克拉美-劳下限。二、 研制了高精度全光纤相干测速激光雷达原理样机。论文提出了全光纤相干探测方案，并按照指标要求对系统进行理论分析和设计计算，该方案解决了分立器件光路光束混频效率和信噪比不高且容易受到温度和震动影响的问题。三、 对掺铒光纤放大器在相干激光雷达系统中的应用进行研究。激光雷达存在传输距离短的缺点，提出了将掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA）用作全光纤相干激光雷达系统前置光学放大器的解决方法。掺铒光纤放大器可以实现微弱回波信号光在线放大，增大相干系统的探测距离。四、 分析了全光纤相干激光雷达的单模光纤光路理论。结合光波导理论讨论了单模光纤对回波信号光的空间滤波特性，耦合进光纤中的回波信号光经过光纤传输后与本振光的模式相同，可实现最佳混频。五、 分析了中频信号频谱细化算法，讨论了本振光功率的优化方法。提高频率分辨率与增大频谱宽度是矛盾的，讨论了提高频率分辨率的选频相位补偿频谱细化算法。光电二极管的响应是非线性，相干探测量子噪声限模式只是一种近似。建立了光电二极管等效电路模型，推导出本振光功率的优化方法，并将其应用于实际设计。