连续波编码激光雷达系统及其剩余空间光利用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种连续编码激光雷达系统及其剩余空间光再利用方法，在所述剩余空间光再利用方法中，对连续波编码激光雷达剩余空间光再利用提出了解决方案，利用电光调制器对连续光编码的实现原理，获取与主光调制编码互补的剩余空间光，建立新的剩余光反码后利用该剩余光进行探测，在一定情况下能使激光光源产生的连续光几乎全部被应用于探测。

CW code lidar system and the method of using residual space light

【技术实现步骤摘要】
连续波编码激光雷达系统及其剩余空间光利用方法
本专利技术涉及激光雷达
，更具体的说，涉及一种连续编码激光雷达系统及其剩余空间光(简称剩余光)再利用方法。
技术介绍
无论是技术应用还是深空探索，传统的脉冲雷达因为稳定性差、功耗高、设备冗杂和操作困难等原因，在一些领域正在被稳定性更好、功耗低、设备集成度高的连续雷达所取代。本文就连续雷达中伪随机编码连续波雷达的剩余光部分提出了一种可行的利用方案，使得该系统的能量利用率得到有效提高，连续光的能量大部分能被用于实际探测。伪随机编码连续波雷达利用电光调制器，对连续波空间光进行类似二进制01的伪随机编码，使得发射机的出射光含有编码信息，再利用对应反码对回波信号进行解码实现距离分辨的探测。但是，现有技术中不能利用剩余光进行探测。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种连续编码激光雷达系统及其剩余空间光再利用方法，实现了剩余光的再利用，并且实现了连续波被完全利用的双向距离分辨探测。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种连续编码激光雷达系统的剩余空间光再利用方法，所述连续编码激光雷达系统至少包括：电光调制器、采集和处理计算机、剩余光发射控制装置、剩余光接收装置、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器；所述剩余空间光再利用方法包括：通过所述电光调制器实现连续波调制，获得剩余光的编码bi与伪随机M序列的编码ai之间满足的互补关系；通过所述采集和处理计算机，利用所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系，建立作用于所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机M序列匹配的伪随机特性；通过所述采集和处理计算机，利用所述剩余光与伪随机M序列匹配的随机特性，对所述剩余光的回波信号Sn进行计算，得到高度分辨反演公式；利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光的发射方向，使得剩余光打在探测目标的同时与主光分开，剩余光与主光在视场不存在重合部分；利用所述剩余光接收装置接收所述回波信号Sn，利用所述光电转换装置将所述回波信号Sn转换为电信号后，发送给所述采集设备；其中，利用所述数字延迟发生器，使得所述电光调制器的TTL信号的发射和所述采集设备的采集同步进行，得到发射光编码时间序列一一对应的所述回波信号Sn；通过所述采集和处理计算机，根据所述高度分辨反演公式，对含有编码信息的所述回波信号Sn进行计算，获得具有高度分辨信息的反演结果Rn，完成距离分辨探测。优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，所述连续编码激光雷达系统包括连续波激光器，获取所述编码bi与所述编码ai互补关系的方法包括：通过所述连续波激光器输出连续光；在使用所述电光调制器对所述连续光进行伪随机M序列编码时，当编码为0，所述连续光由于偏振角度改变了90°，所述连续光通过所述电光调制器的偏振分光棱镜导出主光路，通过所述剩余光发射控制装置反射后出射，形成剩余光；其中，如果主光的伪随机M序列为1，所述连续光通过所述电光调制器，剩余光的强度为0，所述编码bi为0，如果主光的伪随机M序列为0，所述连续光改变偏振角度，被所述偏振分光棱镜完全折射，剩余光的强度与入射光相同，所述编码bi为1，由此获得所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系。优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，所述编码ai为伪随机M序列，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机M序列匹配的伪随机特性的方法包括：利用所述编码ai的伪随机特性、以及所述编码bi与所述编码ai的之间的互补关系，建立对应所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机M序列匹配的伪随机特性。优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，得到高度分辨反演公式的方法包括：利用所述编码bi以及所述反码b′i与伪随机M序列匹配的伪随机特性，在计算所述回波信号Sn时，利用所述反码b′i与所述回波信号Sn的卷积求和的反演算法获取高度信息，得到所述高度分辨反演公式。优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光发射方向的方法包括：所述剩余光发射控制装置包括反射镜组，通过控制电机控制所述反射镜组的方向，以控制剩余光发发射方向，将剩余光反射到目标位置，使得剩余光与主光分开，在视场不存在重合部分。优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，所述连续编码激光雷达系统包括主光接收装置，所述剩余空间光再利用方法还包括检测主光与剩余光是否分开，检测主光与剩余光是否分开的方法包括：如果主光与剩余光分开，遮挡主光，发射剩余光，在所述主光接收装置中背景信号不变，遮挡剩余光，发射主光，在所述剩余光接收装置中背景信号不变。优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，所述连续编码激光雷达系统包括用于转换所述回波信号Sn的第一光电转换装置，所述剩余光接收装置包括第一望远镜；所述采集设备采集信号的方法包括：通过所述第一望远镜接收剩余光的回波信号Sn，所述回波信号Sn通过光纤导入所述第一光电转换装置，在所述第一光电转换装置中，通过第一窄带滤光片去除背景光，汇聚到第一光电倍增管靶面上，转换为电信号，通过数据线将所述电信号传输到所述采集设备；其中，利用所述数字延迟发生器增加时间延迟，并产生脉冲，将连续波编码激光雷达系统的触发和所述采集设备的触发同步，使得伪随机M序列、编码bi、回波信号Sn三者在时间上达到一致。优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，获得反演结果Rn的方法包括：将所述回波信号Sn与所述编码bi顺序一一对应，利用所述高度分辨反演公式，进行解码和计算，以得到对应各个高度的所述反演结果Rn，从而实现光电调制的连续波编码激光雷达系统的剩余空间光再利用。本专利技术还提供了一种连续编码激光雷达系统，包括：电光调制器、采集和处理计算机、剩余光发射控制装置、剩余光接收装置、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器；所述电光调制器用于实现连续波调制，获得剩余光的编码bi与伪随机M序列的编码ai之间满足的互补关系；所述采集和处理计算机用于利用所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系，建立作用于所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机M序列匹配的伪随机特性，利用所述剩余光与伪随机M序列匹配的随机特性，对所述剩余光的回波信号Sn进行计算，得到高度分辨反演公式；所述剩余光反射装置用于控制剩余光的发射方向，使得剩余光打在探测目标的同时与主光分开，剩余光与主光在视场不存在重合部分；所述剩余光接收装置用于接收所述回波信号Sn；所述光电转换装置用于将所述回波信号Sn转换为电信号；所述采集设备用于获取所述电信号；所述数字延迟发生器用于使得所述电光调制器的TTL信号的发射和所述采集设备的采集同步进行，得到发射光编码时间序列一一对应的所述回波信号Sn；其中，所述采集和处理计算机还用于获取所述电信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续编码激光雷达系统的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述连续编码激光雷达系统至少包括：电光调制器、采集和处理计算机、剩余光发射控制装置、剩余光接收装置、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器；/n所述剩余空间光再利用方法包括：/n通过所述电光调制器实现连续波调制，获得剩余光的编码b

【技术特征摘要】
1.一种连续编码激光雷达系统的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述连续编码激光雷达系统至少包括：电光调制器、采集和处理计算机、剩余光发射控制装置、剩余光接收装置、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器；
所述剩余空间光再利用方法包括：
通过所述电光调制器实现连续波调制，获得剩余光的编码bi与伪随机M序列的编码ai之间满足的互补关系；
通过所述采集和处理计算机，利用所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系，建立作用于所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机M序列匹配的伪随机特性；
通过所述采集和处理计算机，利用所述剩余光与伪随机M序列匹配的随机特性，对所述剩余光的回波信号Sn进行计算，得到高度分辨反演公式；
利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光的发射方向，使得剩余光打在探测目标的同时与主光分开，剩余光与主光在视场不存在重合部分；
利用所述剩余光接收装置接收所述回波信号Sn，利用所述光电转换装置将所述回波信号Sn转换为电信号后，发送给所述采集设备；其中，利用所述数字延迟发生器，使得所述电光调制器的TTL信号的发射和所述采集设备的采集同步进行，得到发射光编码时间序列一一对应的所述回波信号Sn；
通过所述采集和处理计算机，根据所述高度分辨反演公式，对含有编码信息的所述回波信号Sn进行计算，获得具有高度分辨信息的反演结果Rn，完成距离分辨探测。


2.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述连续编码激光雷达系统包括连续波激光器，获取所述编码bi与所述编码ai互补关系的方法包括：
通过所述连续波激光器输出连续光；
在使用所述电光调制器对所述连续光进行伪随机M序列编码时，当编码为0，所述连续光由于偏振角度改变了90°，所述连续光通过所述电光调制器的偏振分光棱镜导出主光路，通过所述剩余光发射控制装置反射后出射，形成剩余光；
其中，如果主光的伪随机M序列为1，所述连续光通过所述电光调制器，剩余光的强度为0，所述编码bi为0，如果主光的伪随机M序列为0，所述连续光改变偏振角度，被所述偏振分光棱镜完全折射，剩余光的强度与入射光相同，所述编码bi为1，由此获得所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系。


3.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述编码ai为伪随机M序列，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机M序列匹配的伪随机特性的方法包括：
利用所述编码ai的伪随机特性、以及所述编码bi与所述编码ai的之间的互补关系，建立对应所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机M序列匹配的伪随机特性。


4.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，得到高度分辨反演公式的方法包括：
利用所述编码bi以及所述反码b′i与伪随机M序列匹配的伪随机特性，在计算所述回波信号Sn时，利用所述反码b′i与所述回波信号Sn的卷积求和的反演算法获取高度信息，得到所述高度分辨反演公式。


5.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光发射方向的方法包括：
所述剩余光发射控制装置包括反射镜组，通过控制电机来控制所述反射镜组的方向，以控制剩余光发射方向，将剩余光反射到目标位置，使得剩余光与主光分开，在视场不存在重合部分。


6.根据权利要求5所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述连续编码激光雷达系统包括主光接收装置，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丰，方欣，李陶，田宝刚，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34