汪书潮 苏秀琴 朱文华 陈松懋张振扬 徐伟豪 王定杰

1) (中国科学院西安光学精密机械研究所, 中国科学院空间精密测量技术重点实验室, 西安 710119)

2) (中国科学院大学, 北京 100049)

3) (青岛海洋科学与技术试点国家实验室, 青岛 266237)

单光子激光雷达的回波信号具有极低的信噪比, 有效地消除噪声和提取出回波信号特征是提升单光子激光雷达测距精度的关键, 变分模态分解算法需要使用者依据经验确定分解本征模态函数数量, 不具有适用性和通用性.为此, 本文基于时间相关单光子计数信号特点, 提出了在变分模态分解中让信号按照指定频率进行聚类分解的变分约束条件, 并采用弹性网回归重构不适定问题的求解模型, 提出了弹性变分模态提取算法.实验结果表明, 在波段850 nm、平均发射功率为25 nW、背景噪声平均功率为19.51 µW的条件下, 利用该方法, 得到了时间相关单光子计数信号重建精度的均方根误差为1.414 ns.同时在不同的累积时间下, 能够稳定且快速地提取出回波信号特征, 有效地提高了算法的去噪能力和特征提取的性能.

1 引 言

时间相关单光子计数技术目前是激光雷达领域中前沿的研究方向之一.该技术采用时间相关单光子计数器(time-correlated single photon counter,TCSPC), 对单光子探测器的输出信号进行统计分析, 将激光雷达的探测能力提升到了单光子级, 进一步提升了激光雷达的探测范围和测距精度.本技术在天地目标识别[1]、水下目标探测[2]、非视域成像[3]、远距离激光三……