Pulsed laser emission and time-frequency processing for coherent detection lidar vibrometry
Emission laser impulsionnelle et traitements temps-fréquence en vibrométrie par lidar à détection cohérente
Résumé
The use of pulsed lasers could lead to new functionnalities and increased compacity of lidar systems for remote vibration sensing. However, specific amplitude and phase noises affect the lidar signal, and particularly decrease the performance of a polypulse based emission regime, thought to be promising for very long range measurements. This work first deals with the experimental characterization of these noise sources in order to properly model them, with a focus on atmospheric turbulence. We then seek to optimize the employed waveform and signal processing in regard of the vibration and noise conditions. An original method is proposed that involves maximum likelihood based estimation of the vibration-induced Doppler shift, and its extraction from a time-frequency representation of the signal. The benefits of this approach are shown in simulation and experimentation, by comparing the performance of various emission modes.
L'utilisation de lasers pulsés ouvre la voie à de nouvelles fonctionnalités et à une compacité accrue des systèmes lidars pour la mesure de vibration à distance. Or des bruits de phase et d'amplitude affectent le signal lidar, diminuant particulièrement les performances du régime impulsionnel à multiplets, concept par ailleurs prometteur pour la mesure à longue portée. Ces travaux portent d'abord sur la caractérisation expérimentale de ces bruits afin de les modéliser, en particulier l'effet de la turbulence atmosphérique. Puis nous cherchons à optimiser les formes d'ondes et le traitement du signal en fonction de la vibration et de la statistique de bruit. Nous proposons une méthode originale basée sur un estimateur du maximum de vraisemblance de la fréquence Doppler, associé à une extraction à partir de la représentation temps-fréquence du signal. L'apport de cette approche est constaté par la simulation et l'expérience, en comparant les performances de plusieurs régimes d'émission.
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