一种多波束收发异置光学系统技术方案

本发明专利技术提供一种多波束收发异置光学系统，包括激光分束发射模块、回波信号传输模块和回波信号接收模块，激光分束发射模块的激光器发光后，激光扩束镜对激光进行扩束，衍射分光模块DOE分为64束激光点阵发射，出射的激光被目标反射后由回波信号传输模块的望远镜接收耦合进对应的光纤阵列中，回波信号经由光纤阵列、回波信号接收模块的滤光片、双远心光学系统后传输至阵列探测器对应的光敏面处。本发明专利技术提供一种衍射分光与收发异置光纤匹配技术，通过衍射光学器件DOE设计，解决激光高效率64束的分束要求；通过对光纤面阵排布设计，及通过远心光学系统设计，可以实现发射和接收视场的严格匹配技术，完成大视场、高密度的激光三维探测。探测。探测。

【技术实现步骤摘要】
一种多波束收发异置光学系统


[0001]本专利技术涉及
，具体涉及一种多波束收发异置光学系统。

技术介绍

[0002]激光雷达的应用十分广泛，涉及到多个学科领域，无论在军事上还是在民用上都有广阔的应用前景。在军事方面：激光雷达可用于巡航导弹的制导和导航、测距系统、用于低飞目标跟踪测量、用于目标飞行姿态的测量、侦测化学、生物战剂和水下定位及通讯等。在民用方面：激光雷达可用于大气遥感和大气测量、测量大气臭氧、工业生产中的险情预报、测绘和大地测量、车辆防撞、机器人视觉、无损检测和医疗诊断等领域。激光雷达技术已取得了令人瞩目的研究和应用成果。
[0003]多波束激光雷达是一种主动式传感器，它以有、无人机为工作平台，通过发射不同波长的激光照射目标，接收回波信号获取主动多光谱数据和三维空间数据。在高点密度地形测绘、无缝衔接的水陆一体化探测、环境建模、精细的都市绘图以及植被分类上有着广泛的应用。
[0004]但是，现有激光雷达无法满足大视场、高密度的三维测绘需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决大视场、高密度的三维测绘难的问题,提出衍射分光与收发异置光纤匹配技术，通过衍射光学器件DOE设计，解决激光高效率64束的分束要求，实现多波束激光发射视场与接收视场的高精度匹配，进行多波束高分辨率激光三维探测，获取高精度的精确信息；通过对光纤面阵排布设计，及通过远心光学系统设计，可以实现发射和接收视场的严格匹配技术，兼顾了大视场和高采样密度，减少了系统功耗和重量，降低了系统的复杂程度。r/>[0006]本专利技术提供一种多波束收发异置光学系统，包括激光分束发射模块，设置在激光分束发射模块一侧的回波信号传输模块和与回波信号传输模块电连接的回波信号接收模块；
[0007]激光分束发射模块用于发射激光并进行扩束压缩分束成多波束激光输出，回波信号传输模块用于接收多波束激光被目标反射产生的回波信号并耦合到光纤阵列对应的光纤端面上输出多束回波信号，回波信号与多波束激光一一对应，回波信号接收模块用于接收回波信号传输模块输出的多束回波信号分别进行准直、汇聚并耦合到探测器对应的像元上。
[0008]本专利技术所述的一种多波束收发异置光学系统，作为优选方式，激光分束发射模块包括依次设置的激光器、激光扩束镜和衍射分光模块(DOE)，激光器用于发射激光至激光扩束镜，激光扩束镜用于接收激光器发射的激光进行扩束压缩发散角后发送给衍射分光模块，射分光模块用于接收激光扩束镜扩束的激光后分束成多波束激光输出。
[0009]本专利技术所述的一种多波束收发异置光学系统，作为优选方式，多波束激光为64束
等间隔角、相同单波束发散角的激光。
[0010]本专利技术所述的一种多波束收发异置光学系统，作为优选方式，间隔角为333uRad，单波束发散角为50urad。
[0011]本专利技术所述的一种多波束收发异置光学系统，作为优选方式，激光器输出方式为光纤输出，光纤芯径为25μm，NA为0.08；
[0012]激光扩束镜口径为80mm、有效焦距为500mm。
[0013]本专利技术所述的一种多波束收发异置光学系统，作为优选方式，回波信号传输模块包括依次连接的像方远心光学系统和面阵光纤阵列，像方远心光学系统用于接收多波束激光被目标反射产生的回波信号并耦合到面阵光纤阵列对应的光纤端面上，面阵光纤阵列用于将像方远心光学系统耦合的回波信号输出给回波信号接收模块。
[0014]本专利技术所述的一种多波束收发异置光学系统，作为优选方式，像方远心光学系统为有效口径100mm、总视场0.4
°
、出射光线平行于光轴的望远镜，望远镜的单波束接收视场角为144urad。
[0015]本专利技术所述的一种多波束收发异置光学系统，作为优选方式，面阵光纤阵列一端排布成16
×
4阵列且排布方式与激光分束发射模块的激光发射脚点排布方式一致，端置于望远镜焦面处用于接收回波信号；面阵光纤阵列另一端排布成4个4
×
4面阵，与回波信号接收模块对应。
[0016]本专利技术所述的一种多波束收发异置光学系统，作为优选方式，回波信号接收模块包括依次放置双远心光学系统、单光子探测器组和设置在双远心光学系统一侧的滤光片，双远心光学系统与回波信号传输模块电连接；
[0017]双远心光学系统用于接收回波信号传输模块输出的多束回波信号分别进行准直、汇聚并耦合到单光子探测器组对应的像元上，滤光片用于滤除杂散光。
[0018]本专利技术所述的一种多波束收发异置光学系统，作为优选方式，单光子探测器组包括4个4
×
4单光子探测器。
[0019]多波束收发异置光学系统由激光分束发射模块、回波信号传输模块和回波信号接收模块组成；激光分束发射模块由激光扩束镜和衍射分光模块DOE组成，激光器出射的激光发散角较大，激光扩束镜对其进行扩束压缩发散角后，由DOE对扩束后的激光进行分束，实现64束等间隔角、相同单波束发散角的激光发射；回波信号传输模块由像方远心光学系统和面阵光纤阵列组成；像方远心光学系统实现对回波信号的接收，并将回波信号耦合到光纤阵列对应的光纤端面上；面阵光纤阵列的一端置于望远镜像面处，该端的排布方式与DOE分束后的激光脚点排布方式一致，确保像方远心光学系统接收到信号与发射光束一一对应。回波信号经过光纤阵列传输后输出，由回波信号接收模块接收探测，回波信号接收模块由双远心光学系统、滤光片和4
×
4阵列单光子探测器组成；由于光纤输出的光发散角较大，且面阵探测器的像元尺寸和像元间距较小(＜100μm)，采用双远心光学系统，对面阵光纤输出的激光进行准直和汇聚，耦合到探测器对应的像元上，滤光片置于探测器光敏面和双远心光学系统之间，用于屏蔽杂光。
[0020]本专利技术的技术解决方案：
[0021](1)通过激光扩束和衍射分光的方式解决了激光分束和排布问题，该方法能够根据需求设计激光单波束发散角、波束间隔角、激光脚点排布、激光波束数量，取代传统的扫
描方式，满足大视场、高密度的三维测绘需求；
[0022](2)通过使用远心光学系统、阵列光纤和面阵单光子探测器，实现多通道并行回波信号的接收探测。
[0023]本专利技术采用DOE和光纤阵列等光学手段，实现多波束激光发射视场与接收视场的高精度匹配，进行多波束高分辨率激光三维探测，获取高精度的精确信息。该技术通过DOE分束推扫模式取代传统的机械扫描模式，兼顾了大视场和高采样密度，减少了系统功耗和重量，降低了系统的复杂程度。
[0024]本专利技术具有以下优点：
[0025](1)本专利技术使用DOE和光纤阵列结合的多通道探测方式，可以实现大视场、高密度的三维测量，同传统扫描探测方式相比，在系统复杂程度、功耗、重量、探测效果等方面均有较大的优势；
[0026](2)本专利技术中使用DOE进行激光分束，DOE分束效率高、分束均匀、单波束发散角小，波束排布可根据需要灵活设计；
[0027](3)本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多波束收发异置光学系统，其特征在于：包括激光分束发射模块(1)，设置在所述激光分束发射模块(1)一侧的回波信号传输模块(2)和与所述回波信号传输模块(2)电连接的回波信号接收模块(3)；所述激光分束发射模块(1)用于发射激光并进行扩束压缩分束成多波束激光输出，所述回波信号传输模块(2)用于接收所述多波束激光被目标反射产生的回波信号并耦合到光纤阵列对应的光纤端面上输出多束回波信号，所述回波信号与所述多波束激光一一对应，所述回波信号接收模块(3)用于接收所述回波信号传输模块(2)输出的所述多束回波信号分别进行准直、汇聚并耦合到探测器对应的像元上。2.根据权利要求1所述的一种多波束收发异置光学系统，其特征在于：所述激光分束发射模块(1)包括依次设置的激光器(11)、激光扩束镜(12)和衍射分光模块(13)，所述激光器(11)用于发射激光至所述激光扩束镜(12)，所述激光扩束镜(12)用于接收所述激光器(11)发射的所述激光进行扩束压缩发散角后发送给所述衍射分光模块(13)，所述射分光模块(13)用于接收所述激光扩束镜(12)扩束的所述激光后分束成所述多波束激光输出。3.根据权利要求2所述的一种多波束收发异置光学系统，其特征在于：所述多波束激光为64束等间隔角、相同单波束发散角的激光。4.根据权利要求3所述的一种多波束收发异置光学系统，其特征在于：所述间隔角为333uRad，所述单波束发散角为50urad。5.根据权利要求2所述的一种多波束收发异置光学系统，其特征在于：所述激光器(11)输出方式为光纤输出，所述光纤芯径为25μm，NA为0.08；所述激光扩束镜(12)口径为80mm、有效焦距为500mm。6.根据权利要求1所述的一种多波束收发异置光学系统，其特征在于：所述回波信号传输模块(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅艳鹏，潘超，赵一鸣，刘宇哲，边吉，韩晓爽，赵艳，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：