一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置及系统，包括：分为上下两层的箱体，箱体下层安装有种子源、声光调制器和光纤放大器，种子源和声光调制器并排设置，光纤放大器横向设置；箱体上层有二维扫描振镜、主镜、次镜、耦合器、环形器、双路平衡探测器、中频放大器、二次电源、信息处理器和控制处理器，信息处理器和控制处理器安装在一侧内壁上，二维扫描振镜、主镜和次镜安装于同一列，双路平衡探测器与中频放大器竖向安装，二次电源在次镜下，耦合器和环形器在箱体上层右下角。本发明专利技术通过二维振镜扫描实现实时成像，可用于风速场高精度测量或目标距离、强度、速度、振动探测，体积小，适用于车载、机载平台，光调简单、光学稳定性高。

A 1.06 um Pulse Heterodyne Coherent Two-Dimensional Scanning Lidar Device and System

The invention provides a 1.06 micron pulsed heterodyne coherent two-dimensional scanning lidar device and system, which includes: a box body divided into upper and lower layers, a seed source, an acoustooptic modulator and an optical fiber amplifier are installed in the lower layer of the box, a seed source and an acoustooptic modulator are arranged side by side, and an optical fiber amplifier is transversely arranged; a two-dimensional scanning oscillator, a primary mirror, a secondary mirror, a coupler, a ring, and a double optical fiber amplifier are arranged in The circuit balance detector, IF amplifier, secondary power supply, information processor and control processor are installed on one side of the inner wall. The two-dimensional scanning galvanometer, primary mirror and secondary mirror are installed in the same row. The two-way balance detector and IF amplifier are installed vertically. The secondary power supply is installed under the secondary mirror, and the coupler and annulus are installed in the upper right-lower corner of the box. The invention realizes real-time imaging through two-dimensional galvanometer scanning, which can be used for high-precision measurement of wind speed field or detection of target distance, intensity, speed and vibration. It is small in size, suitable for vehicle and airborne platforms, simple in light adjustment and high in optical stability.

【技术实现步骤摘要】
一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置及系统
本专利技术涉及一种雷达系统及装置，具体地，涉及一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置及系统。
技术介绍
激光外差相干探测技术可获得回波信号的振幅、相位及频率信息，是目前通过非接触手段获取目标信息最多的一种激光探测技术，该技术具有微弱信号探测能力强及信噪比高的优点，这是传统激光直接探测手段不可比拟的。激光外差相干探测技术最初应用于风速场测量，以克服传统风速测量手段，例如，气象气球、声呐等体积大、空间分辨率低、精度不高的缺点，随着此技术的发展，外差相干技术用于测量空间目标三维结构、距离及运动速度，实现不同种类目标的探测识别。外差相干探测相对直接探测实现条件苛刻，需要考虑本振光与主振光波前、波矢、模式等因素匹配，对光学调节要求严格。传统的全固态外差相干激光雷达系统，不仅体积增大，而且相干效率受光学调节精度影响很大，此类装置一般为非移动式，限制了载荷平台，且成本高。采用光纤耦合方式的外差相干系统是目前降低系统体积及提高相干效率的有效方案，具有光调简单、光学结构稳定性高、易便携的特点，已成为外差相干探测系统的主要方案。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置及系统，通过二维扫描振镜扫描实现实时成像，可用于风速场测量或目标距离、强度、速度、振动探测，系统体积小，适用于车载、机载平台。本专利技术提供了一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置，包括：分为上下两层的箱体，所述箱体开有光学窗口，所述箱体的下层安装有种子源、声光调制器和光纤放大器，所述种子源和所述声光调制器并排设置，所述光纤放大器横向设置；所述箱体的上层安装有二维扫描振镜、主镜、次镜、耦合器、环形器、双路平衡探测器、中频放大器、二次电源、信息处理器和控制处理器，所述信息处理器和所述控制处理器安装在所述箱体上层的同一侧内壁上，所述二维扫描振镜、所述主镜和所述次镜安装于同一列，且所述二维扫描振镜紧贴所述箱体的光学窗口设置，双路平衡探测器与中频放大器竖向安装，所述二次电源安装于所述次镜的下方，所述耦合器和所述环形器安装于所述箱体上层的右下角。进一步的，所述箱体上层的右下角还安装有多个圆环，所述耦合器和所述环形器分别通过多个圆环缠绕固定在所述箱体的上层。进一步的，所述激光雷达装置还包括第一连接结构和第二连接结构，所述主镜通过所述第一连接结构与所述二维扫描振镜连接，所述次镜通过所述第二连接结构与所述主镜连接。进一步的，所述第一连接结构为三拉三顶结构，所述第二连接结构为机械拉紧支架。一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达系统，应用一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置，所述激光雷达系统包括：用于生成连续的主振光和本振光的种子源，用于将连续的主振光转换为脉冲光的声光调制器，用于放大所述脉冲光的光纤放大器，用于控制所述种子源、所述声光调制器和所述光纤放大器的控制处理器，用于调整放大后的脉冲光的路径与所述声光调制器接收到的回波信号的路径的环形器，用于调整焦距的主镜和次镜，用于收发激光的二维扫描振镜，用于将回波信号与本振光耦合的耦合器，用于提高信号信噪比的双路平衡探测器，用于放大中频信号并隔绝其他频段信号的中频放大器，用于控制所述中频放大器、通过所述控制处理器控制所述种子源和所述光纤放大器、接收所述中频放大器输出的数据并根据所述中频放大器输出的数据重构出激光三维点云距离像、强度像和速度像的信息处理器，所述控制处理器的信号输出端分别与所述种子源的信号输入端、所述声光调制器的信号输入端和所述光纤放大器的信号输入端连接，所述种子源的主振光输出端与所述声光调制器的光输入端连接，所述种子源的本振光输出端与所述耦合器的光输入端连接，所述声光调制器的光输出端与所述光纤放大器的光输入端连接，所述光纤放大器的光输出端与所述环形器的光输入端，所述环形器的光输出端与所述耦合器的光输入端连接，所述环形器和所述次镜光路互通，所述次镜和所述主镜光路互通，所述主镜和所述二维扫描振镜光路互通，所述耦合器的两个光输出端与所述双路平衡探测器的两个光输入端连接，所述双路平衡探测器的信号输出端与所述中频放大器的信号输入端连接，所述中频放大器与所述信息处理器信号互通，所述信息处理器和所述控制处理器信号互通。进一步的，所述激光雷达系统还包括分别为所述控制处理器、所述种子源、所述声光调制器、所述光纤放大器、所述环形器、所述次镜、所述主镜、所述二维扫描振镜、所述耦合器、所述双路平衡探测器、所述中频放大器和所述信息处理器供电的二次电源。进一步的，所述激光雷达系统还包括用于实时显示激光三维点云距离像、强度像和速度像、并对信息处理器下达命令的上位机，所述上位机与所述信息处理器信号互通。进一步的，声光调制器发出的脉冲光的脉宽范围为100ns～300ns，重频为20kHz。进一步的，二维扫描振镜的面阵扫描规格为32×32，面阵图像输出频率为19.5Hz。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提出的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达系统及装置，通过二维振镜扫描实现实时成像，可用于风速场的高精度测量或目标距离、强度、速度、振动探测，本装置体积小、便携，适用于车载、机载平台，且光调简单、光学稳定性高。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提出的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置的样机模装图；图2为本专利技术提出的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置的下层装配图；图3为本专利技术提出的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置的上层装配图；图4为本专利技术提出的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置的主镜次镜安装图；图5为本专利技术提出的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达系统的结构示意图；图6为本专利技术提出的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置的室内三维距离实验图。图中：1为种子源，2为声光调制器，3为光纤放大器，4为二维扫描振镜，5为主镜，6为次镜，7为二次电源，8为第一圆环，9为第二圆环，10为第三圆环，11为第四圆环，12为双路平衡探测器，13为中频放大器，14为控制处理器，15为信息处理器，16为耦合器，17为环形器，18为箱体，上位机19。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本专利
的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。参照图1-图4所示，提供了一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置，包括：分为上下两层的箱体18，箱体18的下层安装有种子源1、声光调制器2和光纤放大器3，种子源1和声光调制器2并排设置，光纤放大器3横向设置；箱体18的上层安装有二维扫描振镜4、主镜5、次镜6、耦合器16、环形器17、双路平衡探测器12、中频放大器13、二次电源7、信息处理器15和控制处理器14，信息处理器15和控制处理器14安装在箱体18上层的同一侧内壁上，二维扫描振镜4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置，其特征在于，包括：分为上下两层的箱体(18)，所述箱体(18)开有光学窗口，所述箱体(18)的下层安装有种子源(1)、声光调制器(2)和光纤放大器(3)，所述种子源(1)和所述声光调制器(2)并排设置，所述光纤放大器(3)横向设置；所述箱体(18)的上层安装有二维扫描振镜(4)、主镜(5)、次镜(6)、耦合器(16)、环形器(17)、双路平衡探测器(12)、中频放大器(13)、二次电源(7)、信息处理器(15)和控制处理器(14)，所述信息处理器(15)和所述控制处理器(14)安装在所述箱体(18)上层的同一侧内壁上，所述二维扫描振镜(4)、所述主镜(5)和所述次镜(6)安装于同一列，且所述二维扫描振镜(4)紧贴所述箱体(18)的光学窗口设置，双路平衡探测器(12)与中频放大器(13)竖向安装，所述二次电源(7)安装于所述次镜(6)的下方，所述耦合器(16)和所述环形器(17)安装于所述箱体(18)上层的右下角。

【技术特征摘要】
1.一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置，其特征在于，包括：分为上下两层的箱体(18)，所述箱体(18)开有光学窗口，所述箱体(18)的下层安装有种子源(1)、声光调制器(2)和光纤放大器(3)，所述种子源(1)和所述声光调制器(2)并排设置，所述光纤放大器(3)横向设置；所述箱体(18)的上层安装有二维扫描振镜(4)、主镜(5)、次镜(6)、耦合器(16)、环形器(17)、双路平衡探测器(12)、中频放大器(13)、二次电源(7)、信息处理器(15)和控制处理器(14)，所述信息处理器(15)和所述控制处理器(14)安装在所述箱体(18)上层的同一侧内壁上，所述二维扫描振镜(4)、所述主镜(5)和所述次镜(6)安装于同一列，且所述二维扫描振镜(4)紧贴所述箱体(18)的光学窗口设置，双路平衡探测器(12)与中频放大器(13)竖向安装，所述二次电源(7)安装于所述次镜(6)的下方，所述耦合器(16)和所述环形器(17)安装于所述箱体(18)上层的右下角。2.根据权利要求1所述的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置，其特征在于，所述箱体(18)上层的右下角还安装有多个圆环，所述耦合器(16)和所述环形器(17)分别通过多个圆环缠绕固定在所述箱体(18)的上层。3.根据权利要求1所述的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置，其特征在于，所述激光雷达装置还包括第一连接结构和第二连接结构，所述主镜(5)通过所述第一连接结构与所述二维扫描振镜(4)连接，所述次镜(6)通过所述第二连接结构与所述主镜(5)连接。4.根据权利要求3所述的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置，其特征在于，所述第一连接结构为三拉三顶结构，所述第二连接结构为机械拉紧支架。5.一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达系统，其特征在于，应用权利要求1-4任意一项所述的一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置，所述激光雷达系统包括：用于生成连续的主振光和本振光的种子源(1)，用于将连续的主振光转换为脉冲光的声光调制器(2)，用于放大所述脉冲光的光纤放大器(3)，用于控制所述种子源(1)、所述声光调制器(2)和所述光纤放大器(3)的控制处理器(14)，用于调整放大后的脉冲光的路径与所述声光调制器(2)接收到的回波信号的路径的环形器(17)，用于调整焦距的主镜(5)和次镜(6)，用于收发激光的二维扫描振镜(4)，用于将回波信号与本振光耦合的耦合器(16)，用于提高信号信噪比的双路平衡探测器(12)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙剑峰，周鑫，陆威，史晓晶，刘迪，王琪琪，王骐，
申请(专利权)人：哈工大北京军民融合创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11