Gm-APD 焦平面陣列的距離重構與三維成像實驗

高冬陽，陳宗鎂，陳寰，史慶杰，夏團結，陳龍江

（1 上海航天控制技術研究所，上海 201109）

（2 中國航天科技集團有限公司 紅外探測技術研發中心，上海 201109）

0 引言

當前光電探測技術逐漸往超視距、反隱身、多維感知等技術方向發展［1］。傳統基于化合物半導體P-N 結器件的紅外探測、電荷耦合器件（Charge-coupled Device，CCD）的可見光/紫外探測等，在作用距離和光電對抗能力等方面提升空間有限［2］。國內外近年來提出基于光子計數的激光雷達技術思路［3-7］，采用高探測靈敏度和高時間分辨率單光子探測器，以光子飛行時間測量為基本方式獲取目標距離，實現目標區域三維距離像和立體輪廓，保障距離目標可探測、人工干擾釋放前后的目標識別，同時滿足高價值目標關鍵位置點識別要求。該探測體制在提高作用距離和應用效益方面具有綜合性優勢。面向遠距離、高精度探測應用，光子計數激光雷達面臨最大的技術難題是在強背景噪聲干擾下保持對目標距離重構精度。噪聲來源主要包括：光源自發輻射噪聲、探測器暗計數、大氣近程激光后向散射噪聲、云層散射、太陽光散射等。單光子探測器可通過門控和光譜濾波方式抑制大部分噪聲，或通過偏振調制抑制大部分激光后向散射噪聲，但距離門內和光譜帶寬內仍存在太陽光散射等強背景噪聲，導致光子測距精度下降或者激光雷達“閉眼”。

本課題組前期在白天強背景噪聲條件下，開展了室外光子測距對比試驗。其中弱噪聲和強噪聲是針對不同天頂角下太陽光噪聲而言，試驗時激光發射功率、測距幀頻、距離門寬度、探測器偏壓/制冷溫度等系統性能參數均保持一致。……