基于多探测器的单光子激光雷达探测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多探测器的单光子激光雷达探测系统及方法，属于激光雷达探测领域，该系统包括：发射单元，接收单元和数据采集处理单元；发射单元，用于向目标探测区域发射激光脉冲，以使目标探测区域中的目标接收激光脉冲后，反射回波光信号；接收单元，用于收集回波光信号，并滤除杂散光和背景光的影响，再将滤波后的回波光信号进行聚焦后，分成若干路信号，然后分别对各路信号进行光电转换操作得到与各路信号对应的电信号；数据采集处理单元，用于接收若干路电信号，并对若干路电信号进行与操作，以获得目标的距离信息。通过本发明专利技术可准确的检测出目标信号。

【技术实现步骤摘要】
基于多探测器的单光子激光雷达探测系统及方法
本专利技术属于激光雷达探测领域，更具体地，涉及一种基于多探测器的单光子激光雷达探测系统以及其目标检测方法。
技术介绍
脉冲式光子激光雷达使用的盖革模式雪崩光电二极管有极高的响应灵敏度，因而能够大大的增加激光雷达的极限探测距离和微弱信号探测能力。但同时，因为响应灵敏度的提高，单光子激光雷达极容易受噪声的影响。并且盖革模式雪崩光电二极管响应输出的为数字化的0/1信号，只要噪声光子触发事件就会输出与信号光子触发同样的响应脉冲，这会给信号光子脉冲的检测带来巨大的干扰。特别是在晴朗天气下，太阳背景光的噪声无法通过滤光等措施完全消除，从而导致单光子激光雷达产生大量的虚警，轻则需要经过大量周期的累计才能检测出目标，重则完全无法工作。因而如何降低光子激光雷达的虚警概率从而提升光子激光雷达的可用性成为了研究重点。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种基于多探测器的单光子激光雷达探测系统及方法，由此解决原有方案进行目标检测的过程中在噪声较强时导致高虚警率，从而导致目标检测效率不高的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于多探测器的单光子激光雷达探测系统，包括：发射单元，接收单元和数据采集处理单元；所述发射单元，用于向目标探测区域发射激光脉冲，以使所述目标探测区域中的目标接收所述激光脉冲后，反射回波光信号；所述接收单元，用于收集所述目标反射回来的所述回波光信号，并滤除杂散光和背景光的影响，再将滤波后的回波光信号进行聚焦后，分成若干路信号，然后分别对各路信号进行光电转换操作得到与各路信号对应的电信号；所述数据采集处理单元，用于接收若干路电信号，并对所述若干路电信号进行与操作，以获得所述目标的距离信息，其中，所述电信号的数量与所述光电转换单元的数量相同。优选地，所述接收单元包括：依次相连的接收望远镜、带通滤光片、窄带滤光片、聚焦透镜、耦合光纤、光纤分束器及光电转换单元；所述接收望远镜，用于收集所述目标反射回来的所述回波光信号；所述带通滤光片、所述窄带滤光片和所述聚焦透镜依次设置在所述接收望远镜的出光口处；所述带通滤光片，用于滤除可见光波段以外的杂散光和背景光；所述窄带滤光片，用于进一步滤除以目标波长为中心的目标带宽范围之外的杂散光和背景光；所述聚焦透镜，用于将滤波之后的回波光信号聚焦到所述耦合光纤的光纤端面上；所述耦合光纤，用以将收集到的回波光信号传输到所述光纤分束器中；所述光纤分束器，用以将回波光信号均匀的分成若干路后分别传导到若干个所述光电转换单元，以由各所述光电转换单元分别对各路信号进行光电转换操作得到与各路信号对应的电信号。优选地，所述数据采集处理单元包括：时间相关单光子计数器及控制处理单元；所述时间相关单光子计数器，用于通过若干个采集通道分别采集由各所述光电转换单元转换得到的电信号；所述控制处理单元与所述时间相关单光子计数器相连，用于接收各路电信号，并对各路电信号进行与操作，以获得所述目标的距离信息。优选地，所述发射单元与所述时间相关单光子计数器的触发通道连接，所述发射单元发射激光脉冲的同时发送一个触发电脉冲信号用以触发所述时间相关单光子计数器开始一个周期的数据采集。优选地，所述发射单元与所述控制处理单元连接，由所述控制处理单元给所述发射单元设置目标参数，以使所述发射单元按照所述目标参数指定的需求发射激光光束。优选地，所述系统还包括：与所述控制处理单元相连的扫描镜；所述扫描镜，用于同时调整发射光轴和接收视场光轴的指向，同时保证所述发射光轴和所述接收视场光轴的平行性。优选地，所述光电转换单元包括盖格模式雪崩光电二极管。优选地，所述若干路电信号包括四路电信号。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于多探测器的单光子激光雷达探测方法，包括：向目标探测区域发射激光脉冲，以使所述目标探测区域中的目标接收所述激光脉冲后，反射回波光信号；收集所述目标反射回来的所述回波光信号，并滤除杂散光和背景光的影响，再将滤波后的回波光信号进行聚焦后，分成若干路信号，然后分别对各路信号进行光电转换操作得到与各路信号对应的电信号；接收若干路电信号，并对所述若干路电信号进行与操作，以获得所述目标的距离信息，其中，所述电信号的数量与所述光电转换单元的数量相同。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术使用了四个探测器同时采集回波信号，并在处理端对四路信号进行“与”运算，从而更有效的去除噪声的影响，一方面降低了虚警率，另一方面可以让单光子激光雷达系统通过更少量的信号累计即可准确的检测出目标信号。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于多探测器少次累计探测的单光子激光雷达探测系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种盖革模式雪崩光电二极管信号与噪声响应模型；图3是本专利技术实施例提供的一种单探测器系统与四探测器系统探测概率对比；图4是本专利技术实施例提供的一种单探测器系统与四探测器系统虚警概率对比；图5是本专利技术实施例提供的一种基于多探测器的单光子激光雷达探测方法的流程示意图；其中，1-激光器，2-接收望远镜，3-带通滤光片，4-窄带滤光片，5-聚焦透镜，6-耦合光纤，7-光纤分束器，8-第一盖格模式雪崩光电二极管，9-第二盖格模式雪崩光电二极管，10-第三盖格模式雪崩光电二极管，11-第四盖格模式雪崩光电二极管，12-时间相关单光子计数器，13-控制处理单元，14-扫描镜。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术从盖革模式雪崩光电二极管的泊松概率响应模型出发，分析光子激光雷达信号与噪声在时间相关性上的差别，提供了一种使用四个探测器同时采集回波信号，并在此基础上进行目标检测的方法。本专利技术主要由三个部分组成：发射单元，接收单元和数据采集处理单元。系统结构示意图如图1所示，主要包括的器件有激光器1，接收望远镜2，带通滤光片3，窄带滤光片4，聚焦透镜5，耦合光纤6，光纤分束器7，第一盖格模式雪崩光电二极管8，第二盖格模式雪崩光电二极管9，第三盖格模式雪崩光电二极管10，第四盖格模式雪崩光电二极管11，时间相关单光子计数器12，控制处理单元13，扫描镜14。其中，在本专利技术实施例中，控制处理单元13在硬件实现上可以由计算机等终端设备实现。其中，各个部件的连接关系以及作用分别如下：激光器1与控制处理单元13电连接，用于给激光器1设置设定的参数使激光器1按照预期发射激光光束。激光器1发射的532nm的激光光束经扫描镜14反射后入射到待测量场景本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多探测器的单光子激光雷达探测系统，其特征在于，包括：发射单元，接收单元和数据采集处理单元；/n所述发射单元，用于向目标探测区域发射激光脉冲，以使所述目标探测区域中的目标接收所述激光脉冲后，反射回波光信号；/n所述接收单元，用于收集所述目标反射回来的所述回波光信号，并滤除杂散光和背景光的影响，再将滤波后的回波光信号进行聚焦后，分成若干路信号，然后分别对各路信号进行光电转换操作得到与各路信号对应的电信号；/n所述数据采集处理单元，用于接收若干路电信号，并对所述若干路电信号进行与操作，以获得所述目标的距离信息，其中，所述电信号的数量与所述光电转换单元的数量相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多探测器的单光子激光雷达探测系统，其特征在于，包括：发射单元，接收单元和数据采集处理单元；
所述发射单元，用于向目标探测区域发射激光脉冲，以使所述目标探测区域中的目标接收所述激光脉冲后，反射回波光信号；
所述接收单元，用于收集所述目标反射回来的所述回波光信号，并滤除杂散光和背景光的影响，再将滤波后的回波光信号进行聚焦后，分成若干路信号，然后分别对各路信号进行光电转换操作得到与各路信号对应的电信号；
所述数据采集处理单元，用于接收若干路电信号，并对所述若干路电信号进行与操作，以获得所述目标的距离信息，其中，所述电信号的数量与所述光电转换单元的数量相同。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收单元包括：依次相连的接收望远镜、带通滤光片、窄带滤光片、聚焦透镜、耦合光纤、光纤分束器及光电转换单元；
所述接收望远镜，用于收集所述目标反射回来的所述回波光信号；
所述带通滤光片、所述窄带滤光片和所述聚焦透镜依次设置在所述接收望远镜的出光口处；所述带通滤光片，用于滤除可见光波段以外的杂散光和背景光；所述窄带滤光片，用于进一步滤除以目标波长为中心的目标带宽范围之外的杂散光和背景光；所述聚焦透镜，用于将滤波之后的回波光信号聚焦到所述耦合光纤的光纤端面上；
所述耦合光纤，用以将收集到的回波光信号传输到所述光纤分束器中；
所述光纤分束器，用以将回波光信号均匀的分成若干路后分别传导到若干个所述光电转换单元，以由各所述光电转换单元分别对各路信号进行光电转换操作得到与各路信号对应的电信号。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据采集处理单元包括：时间相关单光子计数器及控制处理单元；
所述时间相关单光子计数器，用于通过若干个采集通道分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾宪江，张志杰，杜卫超，贾国伟，邹尔博，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团有限公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42