The invention discloses a hyperspectral lidar system based on fiber dispersion at the receiving end, which realizes high-precision ranging of targets and high-resolution active acquisition of wide-band reflectance spectrum characteristics based on fiber dispersion at the receiving end. Hyperspectral lidar system includes host computer, laser transmitting unit, high precision ranging unit, echo receiving unit and spectral data acquisition unit. The upper computer realizes the whole system control and data reading. The laser emission unit realizes the selection of the laser pulse spectrum. The echo receiving unit realizes the collection and splitting of the laser echo. The high precision ranging unit realizes the accurate measurement of the target distance. The spectral data acquisition unit achieves the target wide band reflection spectrum data acquisition. The laser radar system of the invention breaks through the limitation that the conventional lidar can only measure the distance of the target and the single wavelength reflection characteristic of the target, realizes the active high resolution acquisition of the wide spectral band reflection spectrum characteristic of the target, and effectively enhances the detection ability and detection precision of the lidar.
【技术实现步骤摘要】
一种基于接收端光纤色散的高光谱激光雷达系统
本专利技术涉及到激光雷达测量领域,尤其是一种基于接收端光纤色散的高光谱激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达是一种新型主动遥感技术。激光雷达通过向待测目标发射短时激光脉冲,测量由目标反射或散射激光脉冲与发射激光脉冲之间的时间差,根据距离与光速和时间差之间的关系得到待测目标与激光雷达之间的距离。此外,现有激光雷达系统采用峰值测量技术或高速数据采集技术,还可以得到由目标反射或散射的激光脉冲的峰值或波形数据,进而采用先进的信号处理方法和标定技术,激光雷达还可以得到目标针对发射激光波长的反射特性。为实现目标三维测量,在激光雷达系统中加入扫描装置或将激光雷达放置于运动平台上,激光雷达可以完成对目标表面的扫描,得到目标表面各照射点与激光雷达之间的距离。进而将距离数据与扫描角数据、激光雷达的位置和姿态数据相融合,通过数据结算可以得到被测目标被照射点在同一坐标系下的坐标数据。进而采用建模与分类方法,可获得目标的数字表面模型和数字高程模型,完成对目标三维结构的测量和目标表面单一波长下的反射特性分布。然而,随着精细化测量需求的提高,要求激光雷达系统不仅能获取目标的三维结构信息和单一波长下的反射特性信息,而且能得到目标的反射光谱特性,实现包含目标三维结构信息和光谱信息的多维信息获取,从而完成目标的精细化测量。本文针对激光雷达精细化测量需求,提出一种基于接收端光纤色散的高光谱激光雷达系统,所述激光雷达系统将激光雷达技术与光纤技术相结合,实现了目标高精度距离信息和宽波段高分辨率光谱信息的获取。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于接收端光纤色散 ...
【技术保护点】
1.本专利技术公开了一种基于接收端光纤色散的高光谱激光雷达系统,其特征在于,所述激光雷达系统利用光纤的材料色散特性在接收端对接收到的宽光谱激光脉冲进行色散,实现被测目标距离高精度测量及目标宽波段反射光谱特性高分辨率主动测量;所述激光雷达系统包括上位机、激光发射单元、回波接收单元、高精度测距单元和光谱数据获取单元;所述激光发射单元包括超连续激光器、可调滤波器、光纤准直器和高分光比分光元件;所述回波接收单元包括远心镜头和分光元件;所述高精度测距单元包括触发探测器、触发时刻鉴别模块、测距模块、聚焦镜、测距探测器和回波时刻鉴别模块;所述光谱数据获取单元包括激光光纤耦合器、光纤色散模块、光纤接头光电探测器和高速数据采集卡;所述上位机控制超连续激光器发射宽光谱激光脉冲;所发射宽光谱激光脉冲入射到可调滤波器;可调滤波器在上位机的控制下,根据待测目标的光谱特性滤除宽光谱激光脉冲中无用光谱段的激光脉冲,实现宽光谱激光脉冲光谱的选择;滤完波的激光脉冲经光纤准直器输出;光纤准直器用于光纤输出激光脉冲的准直,减小激光脉冲的发散角,提高测量距离;准直后的激光脉冲入射到高分光比分光元件;高分光比分光元件将准直后的 ...
【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种基于接收端光纤色散的高光谱激光雷达系统,其特征在于,所述激光雷达系统利用光纤的材料色散特性在接收端对接收到的宽光谱激光脉冲进行色散,实现被测目标距离高精度测量及目标宽波段反射光谱特性高分辨率主动测量;所述激光雷达系统包括上位机、激光发射单元、回波接收单元、高精度测距单元和光谱数据获取单元;所述激光发射单元包括超连续激光器、可调滤波器、光纤准直器和高分光比分光元件;所述回波接收单元包括远心镜头和分光元件;所述高精度测距单元包括触发探测器、触发时刻鉴别模块、测距模块、聚焦镜、测距探测器和回波时刻鉴别模块;所述光谱数据获取单元包括激光光纤耦合器、光纤色散模块、光纤接头光电探测器和高速数据采集卡;所述上位机控制超连续激光器发射宽光谱激光脉冲;所发射宽光谱激光脉冲入射到可调滤波器;可调滤波器在上位机的控制下,根据待测目标的光谱特性滤除宽光谱激光脉冲中无用光谱段的激光脉冲,实现宽光谱激光脉冲光谱的选择;滤完波的激光脉冲经光纤准直器输出;光纤准直器用于光纤输出激光脉冲的准直,减小激光脉冲的发散角,提高测量距离;准直后的激光脉冲入射到高分光比分光元件;高分光比分光元件将准直后的激光脉冲分为低能量激光脉冲和高能量激光脉冲;其中,低能量激光脉冲入射到高精度测距单元中的触发探测器;触发探测器将低能量激光脉冲转换为触发信号;触发信号被触发时刻鉴别模块整形;触发时刻鉴别模块用于减小触发信号幅值抖动所引起的触发时刻抖动,提高触发时刻的精度,从而提高测距精度;整形后的触发信号被称为开始计时信号;开始计时信号触发测距模块开始计时;其中,高能量激光脉冲经回波接收单元中远心镜头上的反射棱镜反射照向目标;当激光脉冲照射到目标时,一部分激光脉冲经目标反射或散射;经目标反射或散射的激光脉冲被回波接收单元中的远心镜头收集;所收集的激光脉冲经分光元件分为距离测量光束和光谱测量光束;距离测量光束经高精度测距单元中的聚焦镜聚焦入射到测距探测器的光敏面上;测距探测器将聚焦后的距离测量光束转换为距离测距回波信号;测距回波信号经回波时刻鉴别模块整形;回波时刻鉴别模块用于减小测距回波信号幅值抖动和波形畸变所以引起的回波时刻抖动,从而提高测量距离;整形后的测距回波信号被称为停止计时信号;停止计时信号触发测距模块停止计时;测距模块通过测量开始计时信号和停止计时信号之间的时间间隔,得到激光脉冲往返于激光雷达系统和目标之间的飞行时间,基于距离与光速和飞行时间之间的关系,得到目标与激光雷达系统之间的距离;光谱测量光束经光谱数据获取单元中的激光光纤耦合器耦合进光...
【专利技术属性】
技术研发人员:李端,李小路,徐立军,刘畅,谢鑫浩,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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