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本论文主要是将单光子技术应用在空间目标探测系统的研究。首先,综述了空间目标探测的状况；介绍了单光子探测手段；分析了单光子探测手段在空间目标探测中引入的重要意义和必要性。
文中基于丰富空间目标探测手段,弥补远距离回馈信号太弱以至于无法探测的缺陷的思路,建立了空间目标单光子探测的理论体系。我们分析了空间目标和背景的光学特性；提出了探测系统的一些指标,指出了系统的设计方向；而且简要介绍了单光子探测系统能够实现的功能。
详细阐述了系统总体方案,在研究中针对探测波段提出了近红外单光子探测手段,并进行了计算和论证。其中,可以复用被动红外光学系统的单光子探测器,能够有效降低设备的复杂度,拓展了探测空间冷,小目标的解决方法。并进行了可行性分析,得到关键问题和方案总结。
完成了空间目标单光子探测系统中最重要组成部分:发射机和接收机的分析,设计和选择。根据研究过程中所碰到的困难,指出了脉冲激光器的高重复频率和单光子探测器的光纤接收方式两个关键的问题。
为了对空间单光子探测系统的科学设计和性能评估提供有效的指导,我们针对空间目标单光子探测系统进行仿真建模,分析并推导了激光回波功率和回波光子数公式,利用所建立的模型对探测系统进行仿真,得到激光回波光子数模型仿真值。我们通过选取特定的目标和在特定的室内环境中实验的方法忽略了衰减变量对实验模型的影响。同时也指出了这样忽略在未来的外场实验乃至空间中是不可行的。
最后组装调试了一套室内目标单光子探测平台实验装置。在实验平台上,完成了单光子探测器应用于目标探测时的定标,同时也验证了所用的探测器在性能上确实是单光子灵敏度的。通过对选定目标的激光主动探测,验证了数学模型的正确性和完成了简单的测距功能。在实验中碰到了一些问题和困难,在解决的过程中,积累了经验,进行了总结,并对接下来的工作进行了拓展,使后来者有据可依。