APD阵列可提高光子探测效率, 然而在回波探测概率提高的同时提高噪声探测概率, 因此需合理选择阵列单元数以提高探测信噪比。根据回波和噪声在距离门内的分布情况, 结合光子探测概率, 建立了盖革模式下APD阵列探测信噪比随阵列单元数的变化模型。讨论了回波光子数、背景噪声强度、回波在门控内位置、占空比等因素对探测信噪比的影响。分析结果表明, 提高回波光子数、探测器占空比、轨道预报精度有助于增加APD阵列的探测信噪比; 4元APD阵列适用于回波光子数小于0.1、门控内噪声光子数小于1的观测情况, 而回波和噪声强度较强时, 25元APD阵列能够取得相对较优的探测信噪比。建立的APD阵列探测信噪比模型有助于快速选择APD阵列单元数以达到较高探测信噪比。

近十年来, 由于盖革模式APD焦平面探测器在探测灵敏度、空间分辨率和距离分辨率等方面的优势, 使得面阵APD激光主动成像技术成为国际上的研究热点。考虑到大气传输特性, InGaAs材料或者HgCdTe材料的面阵APD探测器成为研制首选。在国内自研InGaAs材料的32×32像元Gm-APD基础上, 搭建了一套1 570 nm激光主动成像实验平台, 在成像帧频1 kHz、单脉冲能量2 mJ条件下, 获得了外场3.9 km目标的轮廓像, 在720 m处能获得目标的清晰表面结构距离像。通过该外场实验, 证实了国内自研的面阵Gm-APD探测器性能良好, 能够演示外场激光主动成像功能。实验结果表明, 1 570 nm面阵APD激光成像雷达成像性能良好, 能够实现远距离目标遥感探测, 为未来实际应用奠定了良好的研究基础。

针对光波导相控阵扫描角度大、速度高的特点, 设计了光波导相控阵激光雷达的接收系统。该系统采用大视场凝视型的单孔径接收望远镜和APD阵列探测器, 进行目标信号的接收转换与目标角度测量; 同时采用微透镜阵列(MLA)以弥补APD阵列产生的探测视场空白, 提高回波信号能量利用率。首先给出了设计的总体方案, 选择并设计了系统的具体参数; 针对选择的器件参数, 根据激光雷达方程对系统的性能进行了分析。研究结果表明: 所设计的接收系统具有体积小、结构紧凑的特点, 性能指标可满足相控阵激光雷达的探测需要。