一种基于涡旋光的水下激光雷达系统技术方案

本发明专利技术公开了一种所述系统包括：发射端、接收端和计算机，其中发射端包括：激光器、信号发生器和电光调制器；接收端包括：缩束透镜组、螺旋相位板、不透明元件、滤光片、探测器和示波器；激光器、电光调制器、缩束透镜组、螺旋相位板、不透明元件、滤光片、探测器、示波器、计算机依次连接；信号发生器分别与电光调制器、示波器连接。本发明专利技术通过缩束透镜组提高了探测的信号强度，增加探测的信噪比，通过螺旋相位板将目标反射光转换为涡旋光，再结合不透明元件减少了探测器对于涡旋中心的散射光的接收，通过滤光片进一步减少了散射光的接收，提升了探测的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于涡旋光的水下激光雷达系统
本专利技术涉及水下雷达领域，特别是涉及一种基于涡旋光的水下激光雷达系统。
技术介绍
海洋的探测和开发过程中，水下测距雷达在海洋工程的建设及检修、海洋生态观测、海底飞机和沉船残骸的打捞、水下探雷探潜等方面都有重要的应用。而声呐的体积较大、无法在水上传播，因此在浅水区常使用蓝绿光激光雷达。现有的激光雷达的准确性受海水散射限制严重。后向散射光可由脉冲光源和距离门探测器组合进行抑制，超过100MHz调制频率的连续光对后向散射也有明显效果。而前向散射光仍然是探测雷达的主要制约因素。激光探测雷达在海洋中发射激光照射物体，并接收回波，由此得到物体的距离信息。而散射光携带错误的距离信息，因此现在提高一种基于涡旋光的水下连续光雷达系统，抑制前向散射光，提高雷达的探测精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于涡旋光的水下激光雷达系统，以解决上述现有技术存在的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种基于涡旋光的水下激光雷达系统，其特征在于所述系统包括：发射端、接收端和计算机，其中，所述发射端包括：激光器、信号发生器和电光调制器；所述接收端包括：缩束透镜组、螺旋相位板、不透明元件、滤光片、探测器和示波器；所述激光器为蓝绿光激光器，波长为532nm，用于产生高斯光，并将所述高斯光发射到电光调制器，所述高斯光为直流光；所述信号发生器用于产生信号波并发送给电光调制器；所述电光调制器用于调制信号后进行发射，所述电光调制器通过信号波对上述激光器产生的所述直流光进行调制，得到调制光，并将所述调制光向水下发射，所述调制光碰到被测目标后反射回来得到目标反射光，其中所述调制光的为光强呈高频正弦波形式的光回波信号；所述缩束透镜组用于接收所述目标反射光并将其进行缩束；所述螺旋相位板用于将缩束的目标反射光转换为涡旋光；所述不透明元件用于剔除目标反射光中心的散射光；所述滤光片为532nm窄带滤光片，用于过滤除532nm波段之外的光；所述探测器为光电倍增管探测器PMT，用于接收光并转换成电信号，再将所述电信号放大发送给示波器，所述电信号为回波信号；所述示波器用于接收所述信号发生器发出的参考信号和所述探测器的回波信号，再将所述参考信号和所述回波信号的波形发送至计算机进行计算；所述计算机用于计算距离；所述激光器、所述电光调制器、所述缩束透镜组、所述螺旋相位板、所述不透明元件、所述滤光片、所述探测器、所述示波器、所述计算机依次连接；所述信号发生器分别与电光调制器、示波器连接。进一步地，所述高频正弦波调制信号的频率为大于100MHz。进一步地，所述信号发生器还用于将所述高频正弦波调制信号作为参考信号发送到示波器。进一步地，其中所述缩束透镜组由两个透镜组成，所述两个透镜共轴共焦点，呈并列状，靠近反射光一端的透镜为第一透镜，远离反射光一端的透镜为第二透镜，所述第一透镜的直径大于所述第二透镜的直径，所述第二透镜的焦距小于所述第一透镜，所述透镜上均为532nm高透的平凸透镜。进一步地，所述涡旋光的形成会使反射光呈圆环状，则圆心处的光全部为散射光。进一步地，所述螺旋相位板为玻璃元件。进一步地，所述不透明元件为中心镀黑漆的532nm高透玻璃片，所述黑漆的直径和涡旋光的空心直径相同，所述空心即为涡旋中心。进一步地，所述示波器为高速高带宽示波器。进一步地，所述计算机的测距方法为：通过互相关计算参考信号和回波信号的相位差，再由所述相位差计算时间差，从而得到相对于参考信号的距离信息。本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术通过缩束透镜组将因散射而发散的目标反射光接收并缩束，提高探测的信号强度，增加探测的信噪比，再将进行缩束的目标反射光经过螺旋相位板转换为涡旋光，配合不透明元件，减少了探测器对于散射光的接收，提升了探测的精度，再进入探测器之前，用滤光片对目标反射光进行滤波，进一步减少了探测器对散射光的接收、提升了探测的精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的系统框架图；图2为使用涡旋光抑制散射示意图；图3为连续光相位差求距离示意图。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所属领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可对本专利技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本专利技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。本专利技术中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。实施例1参照图1-3所示，本专利技术提供一种基于涡旋光的水下激光测距雷达系统，包括发射端，接收端和计算机；所述发射端包括，激光器、调制器、信号发生器；所述接收端包括，缩束透镜组、螺旋相位板、不透明遮光元件、滤光片、探测器、示波器；所述激光器与所述调制器连接；所述信号发生器分别与所述调制器和示波器连接；所述激光器、缩束透镜组、螺旋相位板、不透明遮光元件、滤光片、探测器、示波器和所述计算机依次连接。所述激光器为波长532nm的蓝绿光激光器，用于产生连续光，通过信号发生器控制调制器将连续光转换成大于100MHz的射频调制信号，所述信号发生器用于产生信号波。所述调制器为电光调制器，通过信号波对直流信号改变光强进行强度调制，得到高频正弦波强度调制信号，高频正弦波调制信号对海水中的散射进行抑制，通过高频正弦波强度调制信号向水下发射信号，当高频正弦波强度调制信号碰到被测目标后反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于涡旋光的水下激光雷达系统，其特征在于：所述系统包括：发射端、接收端和计算机，其中，/n所述发射端包括：激光器、信号发生器和电光调制器；/n所述接收端包括：缩束透镜组、螺旋相位板、不透明元件、滤光片、探测器和示波器；/n所述激光器为蓝绿光激光器，波长为532nm，用于产生高斯光，并将所述高斯光发射到电光调制器，所述高斯光为直流光；/n所述信号发生器用于产生信号波并发送给电光调制器；/n所述电光调制器用于调制信号后进行发射，所述电光调制器通过信号波对上述激光器产生的所述直流光进行调制，得到调制光，并将所述调制光向水下发射，所述调制光碰到被测目标后反射回来得到目标反射光，其中所述调制光的为光强呈高频正弦波形式的光回波信号；/n所述缩束透镜组用于接收所述目标反射光并将其进行缩束；/n所述螺旋相位板用于将缩束的目标反射光转换为涡旋光；/n所述不透明元件用于剔除目标反射光中心的散射光；/n所述滤光片为532nm窄带滤光片，用于过滤除532nm波段之外的光；/n所述探测器为光电倍增管探测器PMT，用于接收光并转换成电信号，再将所述电信号放大发送给示波器，所述电信号为回波信号；/n所述示波器用于接收所述信号发生器发出的参考信号和所述探测器的回波信号，再将所述参考信号和所述回波信号的波形发送至计算机进行计算；/n所述计算机用于计算距离；/n所述激光器、所述电光调制器、所述缩束透镜组、所述螺旋相位板、所述不透明元件、所述滤光片、所述探测器、所述示波器、所述计算机依次连接；/n所述信号发生器分别与电光调制器、示波器连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于涡旋光的水下激光雷达系统，其特征在于：所述系统包括：发射端、接收端和计算机，其中，
所述发射端包括：激光器、信号发生器和电光调制器；
所述接收端包括：缩束透镜组、螺旋相位板、不透明元件、滤光片、探测器和示波器；
所述激光器为蓝绿光激光器，波长为532nm，用于产生高斯光，并将所述高斯光发射到电光调制器，所述高斯光为直流光；
所述信号发生器用于产生信号波并发送给电光调制器；
所述电光调制器用于调制信号后进行发射，所述电光调制器通过信号波对上述激光器产生的所述直流光进行调制，得到调制光，并将所述调制光向水下发射，所述调制光碰到被测目标后反射回来得到目标反射光，其中所述调制光的为光强呈高频正弦波形式的光回波信号；
所述缩束透镜组用于接收所述目标反射光并将其进行缩束；
所述螺旋相位板用于将缩束的目标反射光转换为涡旋光；
所述不透明元件用于剔除目标反射光中心的散射光；
所述滤光片为532nm窄带滤光片，用于过滤除532nm波段之外的光；
所述探测器为光电倍增管探测器PMT，用于接收光并转换成电信号，再将所述电信号放大发送给示波器，所述电信号为回波信号；
所述示波器用于接收所述信号发生器发出的参考信号和所述探测器的回波信号，再将所述参考信号和所述回波信号的波形发送至计算机进行计算；
所述计算机用于计算距离；
所述激光器、所述电光调制器、所述缩束透镜组、所述螺旋相位板、所述不透明元件、所述滤光片、所述探测器、所述示波器、所述计算机依次连接；
所述信号发生器分别与电光调制器、示波器连接。


2....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨苏辉，廖英琦，林学彤，李坤，李卓，王欣，张金英，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11