近年来，为探测远程非合作目标的微弱光子回波，同时为实现目标的距离和速度的同步探测，将光子计数技术与外差探测技术相结合的光子脉冲外差探测系统得到了研究，美国林肯实验室在器件和系统研制方面处于领先地位，他们近年来研制了基于GM-APD探测器阵列且工作于外差探测体制的三维成像激光雷达系统。
目前国内外对光子脉冲外差探测技术的研究正处于快速发展时期，对于系统探测性能的理论建模与实验研究还不够完备，到目前为止，仅有少量文献研究了直接探测脉冲激光雷达的测距精度，关于光子脉冲外差探测系统测距精度的研究的尚未有过文献报道。武汉光电国家实验室博士研究生罗韩君在导师元秀华教授的指导下，设计了光子脉冲外差探测系统的系统结构，利用激光脉冲外差原理与光子探测统计理论，研究了目标探测概率分布、探测概率密度函数和光子到达时间的均值与方差，建立了基于GM-APD探测器的光子脉冲外差探测系统的测距精度理论模型。利用方波近似条件，根据光子脉冲外差探测系统典型参数，研究了回波强度、脉宽、噪声、回波位置、本振光强和拍频等参数对测距精度的影响。该研究成果发表在美国光学学会期刊OPTICS EXPRESS [21(16), 18983-18993 (2013) ]上。该项工作得到了国家自然科学基金的资助。

图1 光子脉冲外差探测系统结构

图2 各参数对精度的影响:(a)噪声；(b)回波位置；(c)本振强度；(d)拍频