【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振调制的双目标光子测距方法
[0001]本专利技术属于单光子探测领域，更具体地，涉及一种针对双目标场景的时间相关的光子偏振调制测距方法。
技术介绍
[0002]与传统单光子探测相比，双目标场景中的单光子探测技术可以应用于多回波光信号的探测与分析，已在自动驾驶、救援搜索、生物医学和遥感测量等领域得到了应用。
[0003]在双目标场景中，现有常用的基于飞行时间的测距方法可以主要被分为三大类：调幅连续波法(AMCW)、时间切片法和时间直方图法。其中，AMCW方法通过发射调制光信号并测量回波信号的相移来获取距离信息。在多深度场景中，AMCW方法的双目标成像过程可以被表述为一个空间变化的卷积问题。但是，由于探测范围和灵敏度有限，AMCW方法无法实现微光和远距离应用。相比之下，时间切片法和时间直方图法都可以利用单光子雪崩二极管(SPAD)来实现高灵敏度的探测。时间切片法通过对SPAD施加一系列的时间门来获得瞬时图像从而进行双目标成像。但这种方法需要获取大量的瞬时图像来分析时间信息，这限制了探测距离和时间分辨率。时间直方...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于偏振调制的双目标光子测距方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，搭建共焦扫描探测系统；所述共焦扫描探测系统包括脉冲激光器、线偏振片、偏振分光棱镜、四分之一波片、双轴振镜、偏振调制模块、光子计数器和信号控制器；所述偏振调制模块包括两个线偏振片LP1、LP2，和一个电光相位调制器，所述信号控制器分别与所述脉冲激光器、电光相位调制器、光子计数器连接；步骤2，建立双目标回波模型，对双目标的回波信号s(t)进行建模，并利用非均匀泊松过程来描述微光条件下光子计数器对回波信号的探测过程来推导光子计数器的理论计数值m的表达式；步骤3，根据泊松负对数似然方程，推导得到光子计数器的所述实际计数值k与所述理论计数率m的关系；步骤4，根据偏振调制原理建立双目标回波光子飞行时间(t1,t2)与偏振调制模块的光子通过率的关系，并结合双目标回波模型推导光子计数器的理论计数值m和所述双目标回波光子飞行时间(t1,t2)及双目标的单脉冲平均回波光子数(N
s1
,N
s2
)的关系式；步骤5，通过调整所述电光相位调制器的电压波形来建立方程组并求解所述双目标回波光子飞行时间(t1,t2)和双目标的单脉冲平均回波光子数(N
s1
,N
s2
)，即实现双目标场景的三维测量。2.如权利要求1所述的一种基于偏振调制的双目标光子测距方法，其特征在于：所述步骤1中，脉冲信号由所述脉冲激光器发射，依次经过所述线偏振片、所述偏振分光棱镜、所述四分之一波片，然后由所述双轴振镜反射到目标场景中，由目标表面经过原光路反射回波信号再经过所述双轴振镜反射，然后通过所述四分之一波片后再被所述偏振分光棱镜反射至所述偏振调制模块；回波信号在所述偏振调制模块中依次经过所述线偏振片LP1、所述偏振相位调制器和所述线偏振片LP2，最后被所述光子计数器接收。3.如权利要求1所述的一种基于偏振调制的双目标光子测距方法，其特征在于：所述脉冲激光器的脉冲周期和所述电光相位调制器的调制周期相等且相位一致，记为T
G
。4.如权利要求1所述的一种基于偏振调制的双目标光子测距方法，其特征在于：步骤2包括以下子步骤；步骤2.1：利用反射模型对双目标的回波信号s(t)进行描述，可以得到s(t)＝N
s1
δ(t
‑
t1)+N
s2
δ(t
‑
t2),t∈(0,T
G
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，δ表示delta函数，t表示时间，N
s1
和N
s2
分别是第一个目标和第二个目标在偏振调制之前的单脉冲平均光子数，t1和t2分别是第一个目标和第二个目标的回波信号的飞行时间，T
G
为测量周期；步骤2.2：利用非均匀泊松过程来描述微光条件下光子计数器对回波信号的探测过程；在单个测量周期T
G
中，泊松过程的时变率可以被描述为其中η是光子计数器的量子效率，d是光子计数器的暗计数，符合独立的均匀泊松分布过程，则在单个测量周期内，光子计数器的实...
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