基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统技术方案

基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统，解决了现有激光探测技术抗云雾后向散射差的问题，属于复杂环境下高性能激光探测技术领域。本发明专利技术包括：激光发送装置，用于发射轨道角动量激光信号至目标；轨道角动量激光信号为中间暗四周亮的环形光斑信号；激光接收装置，用于接收目标返回的能量信号，利用返回的能量信号与后向散射噪声的差异对所述能量信号进行分选，选取优势区域的信号进行目标回波探测，所述优势区域信号为环状信号。本发明专利技术利用轨道角动量信号环状的特点，进行信号优势区域A和非信号优势区域B的划分，从而滤除B保留A，将A汇聚到探测器进行探测，实现后向散射噪声的有效滤除，实现抗云雾后向散射的激光探测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统


[0001]本专利技术涉及一种基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统，属于复杂环境下高性能激光探测


技术介绍

[0002]激光探测具方向性好，分辨率高、精度高、非接触、体积功耗小等诸多优点，广泛的应用于自动驾驶，气象探测等民用方面，以及预警探测，制导，火控等军事方面。但是激光探测在复杂环境的应用需求越来越大，其中云雾天气的激光探测就是其一，由于云雾的散射较空气更强，因此云雾会对激光产生很强的散射作用，一方面使透过的信号强度减弱调制信息退化；另一方面其后向散射也足够强，不能忽略。后向散射往往淹没目标反射的回波信号，从而导致探测的信噪比不足，无法实现真正目标回波信号的提取，从而严重制约了激光探测能力。

技术实现思路

[0003]针对现有激光探测技术抗云雾后向散射差的问题，本专利技术提供一种能够有效滤除后向散射噪声的基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统。
[0004]本专利技术的一种基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统，包括:
[0005]激光发送装置，用于发射轨道角动量激光信号至目标；所述轨道角动量激光信号为中间暗四周亮的环形光斑信号；
[0006]激光接收装置，用于接收目标返回的能量信号，利用返回的能量信号与后向散射噪声的差异对所述能量信号进行分选，选取优势区域的信号进行目标回波探测，所述优势区域信号为环状信号。
[0007]作为优选，所述激光接收装置包括接收光学系统、DMD数字微镜器件、第一探测器和信号处理模块；
[0008]接收光学系统接收目标返回的能量信号，发射给DMD数字微镜器件，DMD数字微镜器件将优势区域信号发射到第一探测器上，第一探测器将探测到的信号发送给信号处理模块，信号处理模块根据第一探测器探测到的信号获取目标距离值。
[0009]作为优选，所述激光接收装置还包括第二探测器；
[0010]DMD数字微镜器件将非优势区域信号发射到第二探测器上，第二探测器将探测到的信号发送给信号处理模块，信号处理模块根据第二探测器探测到的信号获取云雾能见度。
[0011]作为优选，所述信号处理模块根据获取的云雾能见度和经验数据库对DMD数字微镜器件优势区域和非优势区域进行划分，并转换成控制信号发送至DMD数字微镜器件，所述经验数据库中存储有不同云雾能见度下优势区域的尺寸。
[0012]作为优选，所述信号处理模块实时根据上一次探测获取的云雾能见度对当前DMD数字微镜器件优势区域和非优势区域的进行划分，转换成控制信号发送至DMD数字微镜器
件。
[0013]作为优选，所述激光发送装置包括激光器、轨道角动量调制模块和发射光学系统；
[0014]激光器产生激光脉冲信号发射至轨道角动量调制模块，轨道角动量调制模块对接收的激光脉冲信号加载轨角动量螺旋相位，并输出调制好的轨道角动量激光信号至发射光学系统，发射光学系统将所述轨道角动量激光信号准直扩束发射照射目标。
[0015]本专利技术的有益效果：现有技术将视场角内的信号和噪声都汇聚到探测器上进行探测，除了使用窄带滤光片无其他有效滤噪手段。况且窄带滤光片只能过滤非工作波长的噪声，对于后向散射这种同工作波长的噪声毫无作用。本专利技术在传统探测方法基础上，利用轨道角动量信号环状的特点，进行信号优势区域A和非信号优势区域B的划分，从而滤除B保留A，将A汇聚到探测器进行探测，实现后向散射噪声的有效滤除，实现抗云雾后向散射的激光探测。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统的原理示意图；
[0017]图2为基于轨道角动量调制的目标反射信号；
[0018]图3为后向散射的强度分布；
[0019]图4为本专利技术和传统方法对比示意图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0023]本实施方式的一种基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统，包括:
[0024]激光发送装置，用于发射轨道角动量激光信号至目标；所述轨道角动量激光信号为中间暗四周亮的环形光斑信号；
[0025]激光接收装置，用于接收目标返回的能量信号，利用返回的能量信号与后向散射噪声的差异对所述能量信号进行分选，选取优势区域的信号进行目标回波探测，所述优势区域信号为环状信号。
[0026]本实施方式对发射激光信号进行轨道角动量调制，利用轨道角动量信号的环状光斑的特点，设计后向散射滤除方法。深入研究后，确定了具有环状分布轨道角动量信号经过云雾透射后仍保持环状分布的特点，然而轨道角动量信号后向散射的能量分布无环状特征，满足高斯分布。从而利用轨道角动量信号在云雾中透射和后向散射的差异，对优势区域的信号进行筛选，滤除反射掉非信号优势区域的后向散射，从而实现抗云雾的高性能激光探测。
[0027]具体实施例：如图1所示，本实施方式的系统包括激光发送装置和激光接收装置：
[0028]激光发送装置包括激光器1、轨道角动量调制模块2和发射光学系统3；
[0029]激光接收装置包括接收光学系统5、DMD数字微镜器件6、第一探测器7和第二探测器8和信号处理模块9；
[0030]工作过程：首先激光器1产生激光脉冲信号，同时向信号处理模块9发射计时起始信号。激光脉冲信号经过轨道角动量调制模块2的调制，加载上轨角动量螺旋相位，其光斑由原来的中间亮四周暗的高斯光斑变为中间暗四周亮的环形光斑。调制好的轨道角动量激光信号经过发射光学系统3的准直扩束发射照射目标。经过云雾中待探测目标4的反射和往返的云雾传输，一部分能量信号返回到接收系统5，由接收系统进行收集探测。
[0031]回到接收系统的能量信号包括两种(a)一种是目标反射的回波信号，这个信号是本实施方式需要的，它是穿过云雾经过目标反射的信号，虽然有目标的弥散影响，其信号的分布仍会保持环状特征，保留空间分布特征。(b)另一种是云雾后向反射的信号，这个是不想要的，视为噪声。这个信号主要是由大量的云雾粒子反射回来的加和，这个可以看做每个云雾粒子后向散射的球面波信号的叠加，在接收光学系统中体现为均匀分布。然后本实施方式使用DMD数字微镜器件6对回波信号和后向散射信号进行分选，如图3所示，将环状的优势区域A反射到第一探测器7进行回波探测。将非优势区域B反射到另一个角度的第二探测器8进行后向散射的探测，从而滤除后向散射。
[0032]第一探测器7探测的是DMD数字微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统，其特征在于，包括：激光发送装置，用于发射轨道角动量激光信号至目标；所述轨道角动量激光信号为中间暗四周亮的环形光斑信号；激光接收装置，用于接收目标返回的能量信号，利用返回的能量信号与后向散射噪声的差异对所述能量信号进行分选，选取优势区域的信号进行目标回波探测，所述优势区域为环状。2.根据权利要求1所述的一种基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统，其特征在于，所述激光接收装置包括接收光学系统、DMD数字微镜器件、第一探测器和信号处理模块；接收光学系统接收目标返回的能量信号，发射给DMD数字微镜器件，DMD数字微镜器件将优势区域的信号发射到第一探测器上，第一探测器将探测到的信号发送给信号处理模块，信号处理模块根据第一探测器探测到的信号获取目标距离值。3.根据权利要求1所述的一种基于轨道角动量调制的抗云雾后向散射激光探测系统，其特征在于，所述激光接收装置还包括第二探测器；DMD数字微镜器件将非优势区域的信号发射到第二探测器上，第二探测器将探测到的信号发送给信号处理模块，信号处...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子静，赵远，岑龙柱，关策，谢佳衡，黄明维，李家欢，贾凡，贺群松，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：