一种大气探测激光雷达CCD成像自动对光方法技术

一种大气探测激光雷达CCD成像自动对光方法，其特征在于该方法使用CCD相机对激光雷达后向散射信号成像进行自动对光，包括以下步骤，激光雷达通过发射调整镜将激光脉冲发射发到大气中去，激光脉冲和大气中的物质发生相互作用，其后向散射光，由接收望远镜接收，通过小孔光阑和目镜变成平行光，再经过分光镜分成两部分，其中透射光进入CCD相机，对激光雷达接收到的后向散射光进行成像。计算机对所成图像进行识别和判断，获得调整发射调整镜的二维方位步长，一步将发射激光调节到指定位置，实现激光发射光轴和接收望远镜光轴的平行，达到对光的目的，从而保证获得大气回波信号的正确性，此过程无迭代，对光效率高。

Method for automatically detecting light of CCD imaging of atmospheric detection laser radar

An atmospheric laser radar detection method for CCD automatic optical imaging, which is characterized in that the method using CCD camera for imaging laser radar scattering signal automatically to light, which comprises the following steps, laser radar emits laser pulse will mirror adjustment to the atmosphere, the laser pulse in the atmosphere and material interaction subsequently, the scattered light, received by the receiving telescope, into parallel light through the aperture and the eyepiece, and then after the spectroscope is divided into two parts, wherein the transmission light into the CCD camera, the received laser radar backscatter imaging. The computer to recognize the images obtained, adjusting the transmit two-dimensional azimuth mirror adjustment step, the next step will adjust to the specified position of the laser, laser emission axis and receiving axis parallel to the telescope, to achieve the purpose of light, thus ensuring the accuracy of the atmospheric echo signal, the process of iteration. High light efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种大气探测激光雷达CCD成像自动对光方法
本专利技术涉及一种大气探测激光雷达CCD成像自动对光方法。
技术介绍
在激光雷达自动对光过程中，一般采用回波信号强度法。这种方法要先设定一个参考高度，该参考高度设定在充满区内。当激光发射光束进行一个方向的扫描时，发射光束会逐渐地从望远镜视场外进入到视场中，如果继续扫描，光束又逐渐远离望远镜光轴，在参考高度以上的回波信号会逐渐离开视场。这时接收望远镜采集到的回波信号的强度会随着发射光束指向角不断变化，变化关系近似为梯形函数。将接收到的回波信号的强度最强的位置作为这个方向激光雷达对光的最佳位置，并记录。然后以同样的方法在其正交方向上，进行扫描，以此来确定另一个方向的最佳位置。这两个位置，决定了激光束的最佳发射位置。这种方法需要在两个方向上进行扫描和迭代，耗时长，效率低。使用CCD相机对激光雷达后向散射信号成像进行自动对光，通过在计算最远点成像与视场中心的偏差，同时获得两个正交方向上的位置信息，将该偏差转换为二维电动调整架的调整步数，可以一步将发射激光调节到指定位置，无迭代过程，对光效率高。
技术实现思路
本专利技术专利的目的在于提供一种大气探测激光雷达CCD成像自动对光方法，本专利技术采用如下技术方案一种大气探测激光雷达CCD成像自动对光方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一，先由激光器(1)发射激光脉冲，进过扩束镜(2)改善发散角，再通过反射镜(3)将光导给发射调整镜(4)，激光脉冲最终通过发射调整镜(4)发射到大气中去，所述发射调整镜(4)安装在二维调整架(5)上，二维调整架(5)由步进电机(6)控制；步骤二，发射到大气中的激光脉冲和大气中的物质发生相互作用，其中的后向散射光，由接收望远镜(7)接收，通过小孔光阑(8)限制接收视场，再经过目镜(9)变成平行光，经过分光镜(10)分成两部分，反射光用于大气信号探测，透射光用于自动对光；步骤三，分光镜(10)将大部分反射光，经过滤光片(11)压制背景光，再导入到PMT探测器(12)，进行大气探测；少量的透射光进入CCD相机(13)，进行后向散射的光的成像，用于自动对光。所述激光器(1)和步进电机(6)与控制计算机(14)相连，由控制计算机(14)控制激光器(1)和步进电机(6)的运行；所述控制计算机(14)通过识别、判断和调整步进电机两个方向的步长，从而调整发射调整镜(4)的二维方位，来实现激光发射光轴和接收望远镜光轴的平行，达到对光的目的，从而保证获得大气回波信号的正确性。所述PMT探测器(12)和CCD相机(13)与控制计算机(14)相连，可分别与控制计算机(14)进行数据交换。有益效果：激光雷达作为目前最常用、最重要的大气探测手段之一，在探测大气气溶胶和云、边界层，水汽、温度、三维风场，二氧化硫、二氧化氮、臭氧等污染气体，以及二氧化碳、甲烷等温室气体方面发挥着重要的作用。为保证探测数据的准确性与可靠性，激光雷达工作之前进行发射系统光轴与接收系统光轴的平行调整(对光)工作尤为重要。激光雷达实现自动对光，能够有效地提高激光雷达自动化程度与工作效率，还是保障机载和星载激光雷达数据可靠性的唯一途径。本专利技术实现了基于CCD成像的激光雷达自动对光，通过原理仿真和利用CCD接收回波信号成像的实际观测对该技术进行验证。利用计算机对CCD采集的图像进行自动识别和判断，将处理结果转换为对二维电动调整架的步长控制，从而实现了自动对光。使用CCD相机对激光雷达后向散射信号成像进行自动对光，克服了采用回波信号强度法进行自动对光迭代时间长和效率低的难题，通过在计算最远点成像与视场中心的偏差，将该偏差转换为二维电动调整架的调整步数，可以一步将发射激光调节到指定位置，无迭代过程，对光效率高。附图说明图1大气探测激光雷达CCD成像自动对光示意图；图2接收望远镜等效光学成像原理；图3发射调整镜不同方位得到的CCD成像理论结果；图4(a)回波信号刚进入望远镜视场时的廓线图；图4(b)回波信号刚刚进入视场时CCD采集图像；图5(a)自动对光完成时信号廓线图图5(b)自动对光完成CCD采集图像；图6(a)发射光束偏向望远镜视场时信号廓线图；图6(b)发射光束偏向望远镜视场时CCD采集图像.具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。一种大气探测激光雷达CCD成像自动对光方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一，先由激光器(1)发射激光脉冲，进过扩束镜(2)改善发散角，再通过反射镜(3)将光导给发射调整镜(4)，激光脉冲最终通过发射调整镜(4)发射到大气中去，所述发射调整镜(4)安装在二维调整架(5)上，二维调整架(5)由步进电机(6)控制；步骤二，发射到大气中的激光脉冲和大气中的物质发生相互作用，其中的后向散射光，由接收望远镜(7)接收，通过小孔光阑(8)限制接收视场，再经过目镜(9)变成平行光，经过分光镜(10)分成两部分，反射光用于大气信号探测，透射光用于自动对光；步骤三，分光镜(10)将大部分反射光，经过滤光片(11)压制背景光，再导入到PMT探测器(12)，进行大气探测；少量的透射光进入CCD相机(13)，进行后向散射的光的成像，用于自动对光。所述激光器(1)和步进电机(6)与控制计算机(14)相连，由控制计算机(14)控制激光器(1)和步进电机(6)的运行；所述控制计算机(14)通过识别、判断和调整步进电机两个方向的步长，从而调整发射调整镜(4)的二维方位，来实现激光发射光轴和接收望远镜光轴的平行，达到对光的目的，从而保证获得大气回波信号的正确性。所述PMT探测器(12)和CCD相机(13)与控制计算机(14)相连，可分别与控制计算机(14)进行数据交换。大气探测激光雷达作为一种高精密机械光学探测系统，激光脉冲的发射与信号的接收对元器件的稳定性、激光光束的质量以及光轴的平行度有非常严格的要求。如果光束传输路径发生了偏移，系统的几何因子以及探测性能的作用距离等都会受到影响，此时的激光雷达探测结果有较大的测量误差甚至导致探测数据不可用。为了保证激光雷达测量数据的精度和可靠性，实验开始之前必须进行接收光路与发射光路的调整，使收发光路平行。在通常情况下，激光雷达对光大多是人工手动完成，这无疑需要操作人员具有扎实的专业知识，对系统足够了解，还需要能够相当熟练的使用这些仪器。在对光操作过程中，对光结果的好坏和操作者的经验密不可分，对于不同的情况、不同的场合、不同操作者对光的结果会各不相同，甚至有较大差异，这在一定程度上造成了系统的误差。在有些情况下，发射光轴偏离较大，此时接收系统采集不到任何回波信号，人工手动对光过程会有一定的盲目性，人工手动对光过程会花费相当长的时间，还不一定能得到理想的结果，这样不利于实验观测，降低了激光雷达系统的工作效率。激光雷达自动对光通常采用回波信号强度法。这种方法要先设定一个参考高度，该参考高度设定在充满区内。当激光发射光束进行一个方向的扫描时，发射光束会逐渐地从望远镜视场外进入到视场中，如果继续扫描，光束又逐渐远离望远镜光轴，在参考高度以上的回波信号会逐渐离开视场。这时接收望远镜采集到的回波信号的强度会随着发射光束指向角不断变化，变化关系近似为梯形函数。将接收到的回波信号的强度最强的位置作为这个方向激光雷达对光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气探测激光雷达CCD成像自动对光方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一，先由激光器(1)发射激光脉冲，进过扩束镜(2)改善发散角，再通过反射镜(3)将光导给发射调整镜(4)，激光脉冲最终通过发射调整镜(4)发射到大气中去；所述发射调整镜(4)安装在二维调整架(5)上，二维调整架(5)由步进电机(6)控制；步骤二，发射到大气中的激光脉冲和大气中的物质发生相互作用，其中的后向散射光，由接收望远镜(7)接收，通过小孔光阑(8)限制接收视场，再经过目镜(9)变成平行光，经过分光镜(10)分成两部分，反射光用于大气信号探测，透射光用于自动对光；步骤三，分光镜(10)将大部分反射光，经过滤光片(11)压制背景光，再导入到PMT探测器(12)，进行大气探测；少量的透射光进入CCD相机(13)，进行后向散射的光的成像，用于自动对光。

【技术特征摘要】
1.一种大气探测激光雷达CCD成像自动对光方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一，先由激光器(1)发射激光脉冲，进过扩束镜(2)改善发散角，再通过反射镜(3)将光导给发射调整镜(4)，激光脉冲最终通过发射调整镜(4)发射到大气中去；所述发射调整镜(4)安装在二维调整架(5)上，二维调整架(5)由步进电机(6)控制；步骤二，发射到大气中的激光脉冲和大气中的物质发生相互作用，其中的后向散射光，由接收望远镜(7)接收，通过小孔光阑(8)限制接收视场，再经过目镜(9)变成平行光，经过分光镜(10)分成两部分，反射光用于大气信号探测，透射光用于自动对光；步骤三，分光镜(10)将大部分反射光，经过滤光片(11)压制背景光，再导入到PMT探测器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，肖玲，王英俭，王珍珠，谢晨波，王邦新，钟志庆，范爱媛，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34