数字化全波形激光雷达的测距精度研究文献综述
前言
自激光器诞生不久，对以激光雷达为工具作为测量距离的方式在最近几十年中得到了迅速的发展，对于现代工程以及军事等诸多方面的要求而言，激光雷达的现有水平依旧急需提高，其中激光雷达测距精度是极其关键的因素。本次研究主要在现有激光雷达技术成果基础之上对测距激光雷达精度理论进行深一步研究，给出激光雷达常用测距精度的分析方法[1]，特别是无偏估计条件下的测距精度极限[2-4]和激光雷达测量回波数字化过程中误差对测距结果精度的影响[5]-[8]，并利用蒙特卡罗模拟方法[9]，对数字化过程对激光雷达测距精度影响进行定量分析。
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研究背景
- 发展历史
1961年第一台红宝石激光器出现不久，就出现了以测距为主要功能的激光器便诞生，激光雷达的发展同大多数研究一样首先在军事、航天等领域得到了广泛应用，最开始的激光雷达以相干式激光雷达为主要的研究方向，其中著名的有1976年麻省理工学院林肯实验室的“火池”CO2相干激光雷达，从此激光雷达远距离测量与跟踪能力得到了证明。由于CO2相干激光雷达在使用寿命、性能、结构以及价格等方面的缺点，相干性激光雷达的研究逐渐进入低迷时期。随着半导体的面世，激光雷达也逐渐进入了新纪元，由于半导体其在保证灵敏度、分辨率的基础上兼顾了安全、可靠、性能稳定、小型化等优点，激光雷达的商业化也有了很大的进展[10]。
1.2、应用与发展趋势
由于激光雷达具有分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强低空探测性能好和便携等优点[10],在最近几十年从开始发展到现在逐渐趋向成熟，并且广泛应用于资源勘探、城市规划[12]、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景[11]。
为了适应信息化时代，激光雷达的发展也将步入新的篇章，主要朝着“人控向自控，大型向微型，精细向复合”方向发展。主要表现为多功能化、实时化、智能化、集成化、标准化网络化以及安全绿色，以实现节省人力，使用方便操作简单，信息互通等各方面的服务[10]。
- 主要研究方法和方向
现在科学研究旨在进行如何提高激光雷达探测精度、速度等方面的探索，主要是在对不同目标，改变信噪比、阈噪比、光电探测器[14]、回波处理方法等方面进行不断优化测量精度。现在对于激光雷达测距精度的主要研究方式有：蒙特卡罗模拟方法、利用方差对精度进行估计；通过改变信噪比，阈噪比对测距精度进行分析[15]，得出精度较高的比值。
2.1、激光雷达原理
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