【技术实现步骤摘要】
基于双通道单光子探测和二维互相关的测距系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种光子计数激光雷达测距装置及其测距方法,具体涉及基于双通道单光子探测和二维互相关的测距系统和使用该测距系统的方法。
技术介绍
[0002]激光雷达通过发射激光束并检测返回光强和飞行时间对待测目标场景进行测距和成像,在遥感测绘、自动驾驶、飞行器着陆防撞和机器人导航等领域具有广泛应用需求。当下迅速发展的光子计数激光雷达技术能够探测单个光子,并以皮秒级高时间分辨率测量光子的到达时刻,有望实现远距离人眼安全测距成像和雨雾衰减等复杂条件下的待测目标距离及三维信息获取。
[0003]光子计数激光雷达普遍采用二值化单光子探测器,这类探测器在一次探测中仅能够分辨光子的有或无,因此需要多次探测累加生成光子飞行时间分布分布直方图;通常采用的二值化单光子探测器为单光子雪崩二极管(SPAD),也称为盖格模式雪崩光电二极管(GmAPD);这类二值化单光子探测器具有较高增益,能够直接驱动外围数字电路输出数字电平信号,再结合时间相关单光子计数(TCSPC)技术,可使光子 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于双通道单光子探测和二维互相关的测距系统,其特征在于:包括脉冲激光发射单元(1)、双通道单光子探测单元(2)、双通道时间间隔测量单元(3)以及二维互相关距离估计器(4);所述脉冲激光发射单元(1)用于将出射的光脉冲入射至待测目标(5),其计时输出端与双通道时间间隔测量单元(3)的一个计时输入端连接;所述双通道单光子探测单元(2)位于待测目标(5)的反射光路上,用于探测待测目标(5)反射的光脉冲;所述双通道单光子探测单元(2)包括光接收组件和两个探测器,所述探测器设置在光接收组件的出射光路上,用于探测光接收组件的光信号,两个探测器输出端分别与双通道时间间隔测量单元(3)的另外两个计时输入端连接;所述探测器为单光子探测器;所述双通道时间间隔测量单元(3)的两个输出端分别与二维互相关距离估计器(4)的两个输入端连接;所述二维互相关距离估计器(4)的另一输入端用于采集系统仪器响应函数组,其输出端用于输出距离估计值。2.根据权利要求1所述的基于双通道单光子探测和二维互相关的测距系统,其特征在于:所述双通道单光子探测单元(2)包括两个所述光接收组件;每个所述探测器设置在与其配合的光接收组件的出射光路上。3.根据权利要求1所述的基于双通道单光子探测和二维互相关的测距系统,其特征在于:所述双通道单光子探测单元(2)包括一个光接收组件和一个1:1分束器;所述1:1分束器位于光接收组件的出射光路上,将光接收组件的出射光分成两路,分别送入两个所述探测器。4.根据权利要求1或2或3所述的基于双通道单光子探测和二维互相关的测距系统,其特征在于:所述光接收组件包括沿光路依次设置的一个接收物镜和一个窄带滤波片,所述接收物镜位于待测目标(5)的反射光路上,且平行于脉冲激光发射单元(1)的出射激光设置,所述窄带滤波片设置在接收物镜之后的光路上,其出射光对应探测器的光信号输入端。5.根据权利要求4所述的基于双通道单光子探测和二维互相关的测距系统,其特征在于:所述脉冲激光发射单元(1)包括亚纳秒脉冲激光器和激光扩束器,所述激光扩束器设置在亚纳秒脉冲激光器的出射光路上,经所述激光扩束器扩束后的光脉冲入射至待测距目标(5)。6.根据权利要求5所述的基于双通道单光子探测和二维互相关的测距系统,其特征在于:所述双通道时间间隔测量单元(3)的一个计时输入端设为初始计时端口0,另外两个输入端分别设为计时端口1、计时端口2;所述脉冲激光发射单元(1)的亚纳秒脉冲激光器输出端连接计时端口0;所述两个探测器的输出端连接计时端口1、计时端口2。7.根据权利要求6所述的基于双通道单光子探测和二维互相关的测距系统,其特征在于:所述双通道时间间隔测量单元(3)为时间相关单光子计数器;所述二维互相关距离估计器(4)为计算机或工控机。8.一种基于双通道单光子探测和二维互相关的测距方法,其特征在于,包括以下方法:
步骤1:标定系统仪器响应函数组;步骤2:控制脉冲激光发射单元(1)的输出端出射光脉冲入射至待测目标(5),其计时输出端将同步信号送入双通道时间间隔测量单元(3)的计时端口0;步骤3:利用双通道单光子探测单元(2)收集和探测从待测目标(5)反射的回波光子信号;步骤4:通过双通道单光子探测单元(2)将回波光子信号分别送入双通道时间间隔测量单元(3)的计时端口1、计时端口2;步骤5:计算光脉冲信号的飞行时间;5.1)双通道时间间隔测量单元(3)对光脉冲信号和回波光子信号进行时间标记;5.2)用计时端口1的时间标记减去计时端口0的时间标记;5.3)用计时端口2的时间标记减去计时端口0的时间标记;5.4)重复步骤5.1至步骤5.3,获得一系列光脉冲信号的光...
【专利技术属性】
技术研发人员:王晓芳,张同意,康岩,李力飞,薛瑞凯,孟凡星,
申请(专利权)人:中国科学院西安光学精密机械研究所,
类型:发明
国别省市:
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