偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置及标定与补偿方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置，包括偏振标定部分和偏振补偿部分；偏振标定部分包括激光器，激光器的光束上依次设置有第一λ波片、第一λ波片、扩束器、激光雷达系统、偏振片、会聚镜、能量计；偏振补偿部分包括旋转控制器，旋转控制器上通过电缆分别连接有第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片；偏振补偿部分设置于激光雷达系统和偏振片之间，第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片依次设置在激光器的光束上。本发明专利技术还公开了偏振激光雷达的偏振标定与补偿方法。本发明专利技术偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置及偏振标定与补偿方法对激光雷达系统进行精确的标定与补偿，消除了光学系统的偏振影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于偏振探测
，涉及一种偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置，本专利技术还涉及利用该装置进行标定与补偿的方法。
技术介绍
偏振探测技术在成像激光雷达和大气激光雷达方面已经得到了广泛的应用。成像激光雷达偏振成像技术在主动成像的基础上，充分利用激光的偏振信息，获取更多更精确的目标特征信息。获取的偏振图像可以有效地区分金属与非金属、人造目标和自然目标等，因而近年来激光雷达偏振成像遥感技术引起了人们极大的关注。偏振激光雷达用于大气气溶胶探测时可以用于区分球形粒子和非球形粒子，进而判断沙尘暴和卷云等信息。激光雷达接收系统通常由望远镜、反射镜或分光镜等多片光学镜片组成，这些光学元件通常会改变接收光的偏振信息，最终导致退偏比或偏振态有较大的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置，解决了现有技术中存在的偏振激光雷达光路系统对偏振态的改变而导致测量结果有较大误差的问题。本专利技术的另一目的在于提供偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置的标定与补偿方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置，包括偏振标定部分和偏振补偿部分；偏振标定部分包括激光器，激光器的光束上依次设置有第一λ波片、第一λ波片、扩束器、激光雷达系统、偏振片、会聚镜、能量计；偏振补偿部分包括旋转控制器，旋转控制器上通过电缆分别连接有第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片；偏振补偿部分设置于激光雷达系统和偏振片之间，第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片依次设置在激光器的光束上。本专利技术第一种技术方案的特点还在于：偏振片的消光比不小于1000:1。本专利技术所采用的第二种技术方案是，偏振激光雷达的偏振标定与补偿方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、激光雷达系统米勒矩阵测试；步骤2、激光雷达系统偏振标定与补偿。本专利技术第二种技术方案的特点还在于：步骤1的具体实施步骤为：步骤1.1、激光器发出线偏振激光经过第一λ波片、第一λ波片和扩束器进入激光雷达系统，光束从激光雷达系统出射后经过偏振片、会聚镜聚焦，由能量计接收光信号；步骤1.2、调节第一λ波片和第一λ波片的角度和方位使得从激光器出射的激光转变为水平振动线偏振光；该水平振动线偏振光经过扩束器后进入激光雷达系统，旋转偏振片，利用能量计接收光信号，得到光束的偏振态情况，求出该光束对应的斯托克斯矢量Sh；步骤1.3、调节第一λ波片和第一λ波片的角度和方位使得从激光器出射的激光转变为竖直振动线偏振光；该竖直振动线偏振光经过扩束器后进入激光雷达系统，旋转偏振片，利用能量计接收光信号，得到光束的偏振态情况，求出该光束对应的斯托克斯矢量Sv；步骤1.4、调节第一λ波片和第一λ波片的角度和方位使得从激光器出射的激光转变为45°振动线偏振光；该45°振动线偏振光经过扩束器后进入激光雷达系统，旋转偏振片，利用能量计接收光信号，得到光束的偏振态情况，求出该光束对应的斯托克斯矢量S45；步骤1.5、调节第一λ波片和第一λ波片的角度和方位使得从激光器出射的激光转变为左旋圆偏振光；该左旋圆偏振光经过扩束器后进入激光雷达系统，旋转偏振片，利用能量计接收光信号，得到光束的偏振态情况，求出该光束对应的斯托克斯矢量SLHC；步骤1.6、将上述测试结果进行如下运算，得到激光雷达系统米勒矩阵：C1=12(Sh+Sv)C2=12(Sh-Sv)C3=S45-C1C4=SLHC-C1---(3)]]>A＝[C1 C2 C3 C4]    (4)步骤1.2、步骤1.3、步骤1.4、步骤1.5中斯托克斯矢量的测试与计算方法具体为：a.旋转偏振片的方位，记录偏振片在0°和90°方位时能量计的数值分别为Ix、Iy；b.旋转偏振片在45°方位，记录能量计的数值I45；c.在方位为45°的偏振片前方插入方位为零位的λ/4波片，并记录能量计的数值IQ,45；d.利用公式(1)和公式(2)求出出射光束对应的斯托克斯矢量S：S0=Ix+IyS1=Ix-IyS2=2I45-(Ix+Iy)S3=2IQ,45-(Ix+Iy)---(1)]]>S＝[S0；S1；S2；S3]    (2)步骤2的具体实施步骤为：步骤2.1、根据步骤1.6中得到的激光雷达系统的米勒矩阵计算激光雷达系统米勒矩阵的逆矩阵A-1；步骤2.2、利用旋转控制器分别改变第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片的方位角，计算第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片组成的米勒矩阵M，使得M＝A-1，其中A-1为步骤2.1中得到的激光雷达系统米勒矩阵的逆矩阵；步骤2.3、将偏振补偿部分放置于步骤1.1中的激光雷达系统与偏振片之间；步骤2.4、重复步骤1.2、步骤1.3、步骤1.4、步骤1.5、步骤1.6得到激光雷达系统米勒矩阵A；步骤2.5、根据步骤2.4得到的激光雷达系统米勒矩阵A结合步骤2.2得到的第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片组成的米勒矩阵M，计算经过补偿后的激光雷达系统的米勒矩阵AC＝A×M；步骤2.6、利用旋转控制器分别微调第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片的方位角，计算第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片组成的米勒矩阵M；步骤2.7、重复步骤2.4、步骤2.6，计算经过补偿后的激光雷达系统的米勒矩阵AC＝A×M，直到计算出的激光雷达系统(5)的米勒矩阵AC为下式：AC=1000010000100001,]]>完成激光雷达系统的补偿与标定。步骤2.2和步骤2.6中计算第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片组成的米勒矩阵M的具体步骤为：根据下式分别计算出第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片的米勒矩阵MQ1、MQ2、MH，M=100001-(1-cosΔ)sin22θ(1-cos2Δ)sin2θcos2θ-sinΔsin2θ0(1-cosΔ)sin2θcos2θ1-(1-cosΔ)cos22θsinΔcos2θ0sinΔsin2θ-sinΔcos2θcosΔ---(5)]]>其中，Δ为波片的相位延迟，θ为波片的方位角，根据下式计算第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片组成的米勒矩阵M:M＝MQ1MQ2MH    (6)本专利技术的有益效果是：本专利技术偏振激光雷本文档来自技高网...

【技术保护点】
偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置，其特征在于，包括偏振标定部分和偏振补偿部分；偏振标定部分包括激光器(1)，激光器(1)的光束上依次设置有第一波片(2)、第一波片(3)、扩束器(4)、激光雷达系统(5)、偏振片(6)、会聚镜(7)、能量计(8)；偏振补偿部分包括旋转控制器(9)，旋转控制器(9)上通过电缆分别连接有第二波片(10)、第三波片(11)、第二波片(12)；偏振补偿部分设置于激光雷达系统(5)和偏振片(6)之间，第二波片(10)、第三波片(11)、第二波片(12)依次设置在激光器(1)的光束上。

【技术特征摘要】
1.偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置，其特征在于，包括偏振标定部
分和偏振补偿部分；
偏振标定部分包括激光器(1)，激光器(1)的光束上依次设置有第一波片(2)、第一波片(3)、扩束器(4)、激光雷达系统(5)、偏振片(6)、
会聚镜(7)、能量计(8)；
偏振补偿部分包括旋转控制器(9)，旋转控制器(9)上通过电缆分别
连接有第二波片(10)、第三波片(11)、第二波片(12)；
偏振补偿部分设置于激光雷达系统(5)和偏振片(6)之间，第二波
片(10)、第三波片(11)、第二波片(12)依次设置在激光器(1)的
光束上。
2.根据权利要求1所述的偏振激光雷达的偏振标定与补偿装置，其特征
在于，所述偏振片(6)的消光比不小于1000:1。
3.偏振激光雷达的偏振标定与补偿方法，其特征在于，采用偏振激光雷
达的偏振标定与补偿装置，其结构为：
包括偏振标定部分和偏振补偿部分；
偏振标定部分包括激光器(1)，激光器(1)的光束上依次设置有第一波
片(2)、第一波片(3)、扩束器(4)、激光雷达系统(5)、偏振片(6)、
会聚镜(7)、能量计(8)；
偏振补偿部分包括旋转控制器(9)，旋转控制器(9)上通过电缆分别
连接有第二波片(10)、第三波片(11)、第二波片(12)；
偏振补偿部分设置于激光雷达系统(5)和偏振片(6)之间，第二波

\t片(10)、第三波片(11)、第二波片(12)依次设置在激光器(1)的
光束上；
偏振片(6)的消光比不小于1000:1；
具体按照以下步骤实施：
步骤1、激光雷达系统(5)米勒矩阵测试；
步骤2、激光雷达系统(5)偏振标定与补偿。
4.根据权利要求3所述的偏振激光雷达的偏振标定与补偿方法，其特征
在于，所述步骤1的具体实施步骤为：
步骤1.1、激光器(1)发出线偏振激光经过第一波片(2)、第一波
片(3)和扩束器(4)进入激光雷达系统(5)，光束从激光雷达系统(5)
出射后经过偏振片(6)、会聚镜(7)聚焦，由能量计(8)接收光信号；
步骤1.2、调节第一波片(2)和第一波片(3)的角度和方位使得
从激光器(1)出射的激光转变为水平振动线偏振光；该水平振动线偏振光
经过扩束器(4)后进入激光雷达系统(5)，旋转偏振片(6)，利用能量计
(8)接收光信号，得到光束的偏振态情况，求出该光束对应的斯托克斯矢
量Sh；
步骤1.3、调节第一波片(2)和第一波片(3)的角度和方位使得
从激光器(1)出射的激光转变为竖直振动线偏振光；该竖直振动线偏振光
经过扩束器(4)后进入激光雷达系统(5)，旋转偏振片(6)，利用能量计
(8)接收光信号，得到光束的偏振态情况，求出该光束对应的斯托克斯矢
量Sv；
步骤1.4、调节第一波片(2)和第一波片(3)的角度和方位使得
从激光器(1)出射的激光转变为45°振动线偏振光；该45°振动线偏振光经

\t过扩束器(4)后进入激光雷达系统(5)，旋转偏振片(6)，利用能量计(8)
接收光信号，得到光束的偏振态情况，求出该光束对应的斯托克斯矢量S45；
步骤1.5、调节第一波片(2)和第一波片(3)的角度和方位使得
从激光器(1)出射的激光转变为左旋圆偏振光；该左旋圆偏振光经过扩束
器(4)后进入激光雷达系统(5)，旋转偏振片(6)，利用能量计(8)接收
光信号，得到光束的偏振态情况，求出该光束对应的斯托克斯矢量SLHC；
步骤1.6、将上述测试结果进行如下运算，得到激光雷达系统(5)米勒
矩阵：
C1=12(Sh+Sv)C2=12(S...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄慧鸽，华灯鑫，阎蕾洁，王玉峰，汪丽，高飞，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61