题目：基于APD阵列的三维成像激光雷达技术研究

基于APD阵列的三维成像激光雷达是一种非扫描成像激光雷达，它采用激光单脉冲成像，无需多脉冲扫描，可实现实时成像；没有复杂笨重的机械扫描装置，可以克服传统扫描激光雷达帧率低、视场小、体积大等问题，具有高帧率、宽视场、体积小的特点。本文对基于APD阵列的三维成像激光雷达技术进行了研究，并设计了一套三维成像激光雷达系统。从目标的激光散射特性出发，研究了目标的双向反射分布函数与激光雷达散射截面之间的关系，利用典型目标的双向反射函数测试数据，计算了APD像元对应的坦克目标的激光雷达散射截面。针对APD阵列的特点，为实现该激光雷达系统非扫描成像，设计了一套符合系统要求的光学系统。对微片激光器输出的脉冲激光使用伽利略望远镜进行准直扩束，得到平行光使用二维正交光栅和聚焦透镜结合对扩束光进行衍射分光，光斑经发射-接收分光镜和发射透镜后照明APD像元的瞬时视场；利用发射-接收分光镜使发射光路与接收光路分开；目标的激光回波信号经过接收光学系统聚焦在APD阵列上。根据APD的性能参数以及所获得的目标激光雷达散射截面，分别分析了工作于线性模式和盖革模式时APD的探测性能，并确定了系统的性能指标。最后，为了验证该激光雷达系统的可行性，考虑国内的器件水平，设计了一套基于4×4像元APD阵列的激光成像雷达验证方案。