一种快速无扫描激光雷达探测系统技术方案

一种快速无扫描激光雷达探测系统；包括激光雷达系统和激光探测系统；将目标回波信号分为多个固定相位延迟的子信号，然后通过同步触发曝光获得多个回波信号，根据多个曝光后的回波信号计算目标的距离。本发明专利技术缩减了信号采样时间，并且避免像移偏差。本发明专利技术适用于在静态平台进行快速曝光测量的情况，也适用于在移动平台进行测量的情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种快速无扫描激光雷达探测系统。
技术介绍
从上世纪90年代，无扫描激光雷达系统逐步成为了人们研究的热点，它根据激光相位测距原理，使用一定发散角、强度调制的激光束照射待测区域，通过对回波信号进行相位提取获得距离值重建目标图像，具有价格低、重量轻、结构紧凑、可靠性高、成像速度快、分辨率高等优点，因此成为三维信息获取技术的重要发展方向。对于单相位叠加信号，回波信号的相位值可以通过计算得到，但是在目标距离未知的情况下，如何判断相位的真实位置存在困难。例如，假设余弦值为1/2，那么根据反余弦取值范围可知对应相位为π/3，但是在这里相位取值范围在0—2π之间，这将还出现一个相位值为5π/3，因此距离r与相位差φ的关系（c为光速，w为调制频率）中，将产生鉴相误差，从而无法获得准确的被测目标距离。为了获得准确的相位信息，在这种成像方式中，通过使用多次回波与不同相位的调制信号的叠加实现鉴相。目前广泛应用的单个光电传感器对回波叠加信号进行三个间隔正交相位的曝光。上述方法尽管可以解决这种距离的不确定性，但却存在以下问题：1、曝光时间增加了至少三倍，如果假设一次曝光时间为一个nT，那么总的曝光时间显而易见为Tsum=3nT,这将不能满足快速获取目标的要求。2、如果成像装置安装在移动平台上将引起像移误差。图1为产生像移偏差的示意图，在三次曝光时间点载有探测装置的移动平台移动了图中三个位置，由于无扫描激光雷达系统的特性，视场范围也势必相应进行移动，这就改变了探测对象造成了像移偏差。因此，如何解决上述问题，是本领域技术人员要研究的内容。
技术实现思路
为克服上述现有技术中的不足，本专利技术目的在于提供一种可以缩短信号采样时间，并避免像移偏差的快速无扫描激光雷达探测系统。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种快速无扫描激光雷达探测系统；包括激光雷达系统和激光探测系统；所述激光探测系统包括向触发激光以及探测单元，并负责将打包好的数据传输给上位机，以及与上位机进行通讯的总控单元、负责激光准直与发射到目标的激光发射单元、目标反射的激光回波信号，经过滤波与相位延迟处理获得纯净的光学信号的探测与延迟单元、受总控单元控制，对前端输入信号实现光电转换，获得电信号的传感单元以及用于对所述传感单元曝光后得到的电信号，进行检测计算与打包，发送到总控单元上的信号处理单元；所述激光雷达系统包括：触发激光并通过发射单元向目标发射激光信号；将激光探测获得的目标回波信号进行分光与固定延迟处理获得多个相同特性与固定相位差的子信号；总控单元对这些子信号在相应的多个传感器上进行同步曝光，得到相应的多个电信号；对所有电信号进行解算，得到目标的距离值，并存储于上位机。上述技术方案中，相关内容解释如下：1、上述方案中，所述探测与相位延迟单元包括至少两个分光器件和至少两个相位延迟器件。2、上述方案中，所述传感器单元包括至少三个传感器。3、上述方案中，所述总控单元触发所述传感单元对每个子信号进行固定触发时间间隔小于回波信号调制周期T的曝光。4、上述方案中，每个所述子信号在相应的传感器上进行固定触发时间间隔分别小于回波信号调制周期T的同步曝光。5、上述方案中，将所述回波信号进行分光处理分为三个子信号。6、上述方案中，所述三个子信号的相位间隔为π/2。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有的优点是：本专利技术将目标回波信号分为多个固定相位延迟的子信号，然后通过同步触发曝光获得多个回波信号，根据多个曝光后的回波信号计算目标的距离。本专利技术缩减了信号采样时间，并且避免像移偏差。本专利技术适用于在静态平台进行快速曝光测量的情况，也适用于在移动平台进行测量的情况。附图说明图1为
技术介绍
中产生像移偏差的示意图；图2为本专利技术激光探测系统接收方法的流程示意图；图3为本专利技术激光雷达系统结构示意图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，进一步详细说明。如图2至图3所示，一种快速无扫描激光雷达探测系统；包括激光雷达系统和激光探测系统；所述激光探测系统包括向触发激光以及探测单元，并负责将打包好的数据传输给上位机6，以及与上位机6进行通讯的总控单元1、负责激光准直与发射到目标的激光发射单元2、目标反射的激光回波信号，经过滤波与相位延迟处理获得纯净的光学信号的探测与延迟单元3、受总控单元控制，对前端输入信号实现光电转换，获得电信号的传感单元4以及用于对所述传感单元曝光后得到的电信号，进行检测计算与打包，发送到总控单元上的信号处理单元5；所述激光雷达系统包括：触发激光并通过发射单元向目标发射激光信号；将激光探测获得的目标回波信号进行分光与固定延迟处理获得多个相同特性与固定相位差的子信号；总控单元对这些子信号在相应的多个传感器上进行同步曝光，得到相应的多个电信号；对所有电信号进行解算，得到目标的距离值，并存储于上位机6。所述探测与相位延迟单元3包括至少两个分光器件31和至少两个相位延迟器件32。所述传感器单元4包括至少三个传感器，所述传感器为光电探测阵列。所述总控单元1触发所述传感单元4对每个子信号进行固定触发时间间隔小于回波信号调制周期T的曝光。每个所述子信号在相应的传感器上进行固定触发时间间隔分别小于回波信号调制周期T的同步曝光。将所述回波信号进行分光处理分为三个子信号。所述三个子信号的相位间隔为π/2。无扫描激光探测的目标回波信号进入本专利技术接收装置前先进行准直处理，本专利技术使用了多个分光镜将同一视场的目标回波信号分成多个子信号，每个子信号除强度上的差异外含有固定的相位延迟信息。通过回波探测模块探测目标回波信号，并根据探测到的回波信号控制曝光触发单元，曝光触发单元触发所述传感器单元对多个子信号进行同步曝光转化为电信号，信号处理单元曝光后的电信号进行分析计算，得出目标的距离值。如图2所示，相应的目标回波信号的接收过程可以包括：步骤1，向目标发射激光探测信号，探测信号经过信号强度调制。步骤2，将探测获得的目标回波信号进行分光处理分为多个子信号，每个子信号与目标回波信号除了强度上有差异外，相位差是π/2；具体地，可以将目标回波信号分为三个子信号。步骤3，对分光处理后的多个子信号在相应的多个传感器上进行同步曝光，曝光后得到相应的多个电信号；具体地，对每个子信号在相应的多个传感器上进行固定触发时间间隔小于回波信号调制周期T的曝光。步骤4，对上述多个电信号进行分析计算，得到目标的距离值。相应的计算方法可以为：探测信号经过调制后的功率可表示为：其中，代表信号平均功率，m0为调制系数，w是调频率。每一个像素点的回波信号功率表示为：其中，φ代表回波信号与发射信号之间的相位差，与目标距离r成正比，，c为大气中的光速。是回波信号的平均功率。三个子信号相位上间隔为π/2。方波信号按照傅立叶级数展开表示如下：(2a)(2b)(2c)其中，G0为常数，m2n+1为方波的傅立叶展开系数。耦合后，在方波与正弦调制的回波信号同相时，光场表示为：(3a)(3b)(3c)传感器曝光时间控制为回波信号调制周期T的整数倍n，以平滑所有谐波分量。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速无扫描激光雷达探测系统；其特征在于：包括激光雷达系统和激光探测系统；所述激光探测系统包括向触发激光以及探测单元，并负责将打包好的数据传输给上位机，以及与上位机进行通讯的总控单元、负责激光准直与发射到目标的激光发射单元、目标反射的激光回波信号，经过滤波与相位延迟处理获得纯净的光学信号的探测与延迟单元、受总控单元控制，对前端输入信号实现光电转换，获得电信号的传感单元以及用于对所述传感单元曝光后得到的电信号，进行检测计算与打包，发送到总控单元上的信号处理单元；所述激光雷达系统包括：触发激光并通过发射单元向目标发射激光信号；将激光探测获得的目标回波信号进行分光与固定延迟处理获得多个相同特性与固定相位差的子信号；总控单元对这些子信号在相应的多个传感器上进行同步曝光，得到相应的多个电信号；对所有电信号进行解算，得到目标的距离值，并存储于上位机。

【技术特征摘要】
1.一种快速无扫描激光雷达探测系统；其特征在于：包括激光雷达系统和激光探测系统；所述激光探测系统包括向触发激光以及探测单元，并负责将打包好的数据传输给上位机，以及与上位机进行通讯的总控单元、负责激光准直与发射到目标的激光发射单元、目标反射的激光回波信号，经过滤波与相位延迟处理获得纯净的光学信号的探测与延迟单元、受总控单元控制，对前端输入信号实现光电转换，获得电信号的传感单元以及用于对所述传感单元曝光后得到的电信号，进行检测计算与打包，发送到总控单元上的信号处理单元；所述激光雷达系统包括：触发激光并通过发射单元向目标发射激光信号；将激光探测获得的目标回波信号进行分光与固定延迟处理获得多个相同特性与固定相位差的子信号；总控单元对这些子信号在相应的多个传感器上进行同步曝光，得到相应的多个电信号；对所有电信号进行解算，得到目标的距离值，并存储于...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚强，王智，
申请(专利权)人：苏州圣昱激光测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32