题目：车载连续波测速激光雷达信号检测与处理技术研究

本文以捷联惯性导航系统（Strapdown Inertial Navigation System，SINS）与激光测速雷达系统组合的车辆导航系统为研究背景，以“为组合导航系统提供高精度速度基准”为目标，采用相干连续波激光雷达系统实现运动平台自身速度的高精度测量，具有很好的导航自主性和可靠性。本文结合光学相干探测技术、连续波雷达技术和数字信号处理技术，主要对载波泄漏抑制、接收系统设计、测速精度理论极限、多普勒信号频谱提取技术和车载Janus配置技术等几个方面进行研究。本论文主要开展了以下工作：1. 研究了连续波激光雷达回波的信号特征和频谱加宽机理，通过实验分析了引起载波泄漏的根源及其对连续波激光雷达系统造成的不利影响；针对收发天线合置的近距离应用场合，通过改进光路结构、提高光学器件性能和软件滤波的方法对泄漏进行抑制。2. 通过理论研究和仿真试验分析了二次变频＋中频正交解调的时分信道化接收体制的可行性；根据车载测速的指标要求，对外差连续波激光雷达接收系统的设计参数进行了分析和计算；对多普勒频率误差与声光移频器（Acousto-optical Frequency Shifter，AOFS）移频偏差、采样率偏差之间的关系以及相应的误差补偿方案进行了理论推导和实验验证。3. 根据硬目标多普勒回波信号模型，分析了影响频谱分析型激光雷达测速精度极限的基本因素，研究了高斯白噪声背景下回波信号离散观测值的参数估计问题，对速度、加速度（或观测时间内速度变化量）测量精度的克拉美-劳下限（Cramer-Rao lower bound，CRLB）与数据宽度、采样率、信噪比之间的关系进行了理论推导和仿真分析。4. 讨论了几种时域信号处理方法的优缺点；对基于频偏校正的频率估计算法的估计误差进行了理论推导，并对该误差随算法中参数取值的变化关系进行了仿真分析；分别从运算量、精度和抗干扰性方面将该算法、比值法（加汉宁窗）、相位差法进行了对比分析。5. 针对单光束系统在车载应用中存在较大测速误差的弊端，详细阐述了基于固定天线模式的双光束Janus配置方案和天线平面安装角度误差校正方法的原理，对测速误差与天线平面安装角度误差、车辆在垂直车体平面方向速度分量之间的关系进行了理论推导和仿真分析，并搭建双光束Janus配置系统进行了车载测速实验。