一种机场鸟情探测激光雷达系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术提供一种机场鸟情探测激光雷达系统及其工作方法包括：多波束激光发射模块、光学接收与探测模块、信号采集与处理模块、光电扫描台；多波束激光发射模块，用以根据预设安全波长及预设束间角产生并发射的多波束激光线列照射小体积目标；光学接收与探测模块，用以接收并转换小体积目标散射的激光脉冲信号，据以得到鸟情脉冲电信号；信号采集与处理模块接收并处理鸟情脉冲电信号及脉冲激光发射时刻，据以得到飞行目标状态检测数据；光电扫描转台安装光电机箱，多波束激光发射模块、光学接收与探测模块及信号采集与处理模块集成于光电机箱，用以根据预设视场转动扫描机场鸟情。解决了探测距离近、探测视场小及受杂波干扰严重的技术问题。扰严重的技术问题。扰严重的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种机场鸟情探测激光雷达系统及其工作方法


[0001]本专利技术涉及一种机场鸟情探测激光雷达系统及其工作方式，属于雷达探测领域，具体为一种机场鸟情探测激光雷达系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着我国航空事业的高速发展以及生态环境的不断改善，近年来我国发生的鸟撞飞机频次不断增加，给人员安全、经济财产等带来了巨大威胁。根据全球每年报告的数据，超过90％的鸟击事件发生在机场上空或周边区域，因此鸟击防范成为机场高度重视的安全问题之一。机场鸟击防范的任务是采取多种手段和方法防治机场鸟害，最大限度避免鸟撞飞机事件的发生，从而保障飞行安全。利用先进技术对机场鸟情进行及时探测，向机场相关人员提供有效的信息和警告，是减少鸟击事件发生的重要手段之一。
[0003]对飞鸟目标进行有效的探测和定位是目前机场面临的主要难题，在技术上存在诸多难点。微波雷达主要根据多普勒效应进行目标探测，较难识别飞行速度较慢的鸟类目标；另外鸟类目标的微波散射特性较差，飞行在距离地面在百米高度之下的超低空范围，微波雷达受地物杂波干扰较严重，难以对其进行远距离探测和追踪。声学手段主要依靠目标飞行时产生的声音扰动进行探测，而鸟类飞行速度非常慢，产生的扰动噪声很小，声学手段很难将其从周边环境噪声中识别出来。红外探测的原理是根据目标跟环境的温度差来测量目标的红外辐射，由于鸟类目标相对环境温差不明显，产生的红外辐射水平相对环境背景非常低，导致红外探测难度较大，无法实现较远的探测距离。
[0004]申请号为CN202010754986.7的专利技术专利《面向远距离低功耗探鸟雷达的探测方法》通过雷达发射端将脉冲式线性调频信号作为雷达发射信号，将雷达探测距离分为近、远两个探测距离段，对近探测距离段探测时采用窄脉冲的雷达发射信号，对远探测距离段探测时采用中脉冲的雷达发射信号；雷达控制波束的指向变化，实现方位向0
‑
360度、俯仰向0
‑
90度三维全空域覆盖扫描。同时将雷达作用距离分为近、远两个作用距离段，分别采用窄脉冲波和中脉冲波作为发射信号实现雷达功耗低、远距离低盲距的探测，同时有源相控阵结合机械扫描实现全空域覆盖探测。相比现有技术中的微波、声学、红外等探测手段，鸟类目标的光学散射特性较好，利用激光主动探测技术可以实现全天时目标探测和测距，具有空间分辨率高、测距精度准、受电磁干扰影响小等优势。但激光发散角通常在mrad量级，探测视场受限，导致激光探测技术在大视场范围的扫描效率较低；由于鸟类目标体积较小，在数公里外散射的激光回波功率十分微弱，远低于传统光电探测技术的噪声水平，无法实现有效的信号探测。此外，在机场实际应用环境下，发射的激光需要满足地面人员、机上人员的人眼安全，从而确保机场和飞机的安全运行。现有技术存在探测距离近、探测视场小及受杂波干扰严重的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于如何解决探测距离近、探测视场小及受杂波干扰
严重的技术问题。
[0006]本专利技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种机场鸟情探测激光雷达系统包括：
[0007]多波束激光发射模块、光学接收与探测模块、信号采集与处理模块、光电扫描台；
[0008]所述多波束激光发射模块，其为发射光纤器件组，用以根据预设安全波长及预设束间角产生并发射的多波束激光线列照射小体积目标，其中所述多波束光线列为1550纳米人眼安全波长激光；
[0009]所述光学接收与探测模块，其为光子接收器件组，用以接收并转换所述小体积目标散射的激光脉冲信号，据以得到鸟情脉冲电信号，所述光学接收与探测模块包括光电探测器，所述光电探测器采用自用运行模式InGaAs/InP盖革APD探测器对所述鸟情脉冲电信号进行光子计数探测；
[0010]所述信号采集与处理模块连接所述多波束激光发射模块及所述光学接收与探测模块，所述信号采集与处理模块接收并处理所述鸟情脉冲电信号及脉冲激光发射时刻，据以得到飞行目标状态检测数据；
[0011]所述光电扫描转台安装光电机箱，所述多波束激光发射模块、所述光学接收与探测模块及所述信号采集与处理模块集成于所述光电机箱，用以根据预设视场转动扫描机场鸟情。
[0012]本专利技术采用光纤激光器、光纤分束、光纤阵列发射多波束激光线列来实现大视场范围飞鸟目标探测，具有波束排布密集、收发配准精度高、全光纤化结构等优点，该结构方式的性能稳定、环境适应性强。本专利技术发射和接收1550nm人眼安全波长激光，采用自由运行模式InGaAs/InP盖革APD探测器对回波信号进行光子计数探测，具有探测灵敏度高、测距精确等优点，从而实现数公里外飞鸟目标极微弱散射信号的探测。
[0013]在更具体的技术方案中，所述多波束激光发射模块，包括：脉冲激光器、分束器、光纤阵列和扩束镜，
[0014]所述脉冲激光器，其为纳秒脉冲光纤激光器，用以产生预设安全波长的脉冲激光；
[0015]所述分束器，其为光纤分束网络，所述分束器连接所述脉冲激光器，用以分束所述脉冲激光，控制所述脉冲激光的波束的束间角小于波束发散角，据以得到分束脉冲激光；
[0016]所述光纤阵列，用以将所述分束脉冲激光转为所述多波束激光线列；
[0017]所述扩束镜设置于所述多波束激光阵列的照射方向上，其为投射式光学镜头，用以发射所述多波束激光阵列。
[0018]在更具体的技术方案中，所述脉冲激光器，其采用直接调制半导体种子源和多级光纤放大器产生高重频、窄脉宽、大脉冲能量激光。
[0019]在更具体的技术方案中，所述光学接收与探测模块，包括：接收镜、接收光纤阵列、光纤滤波器和光电探测器，
[0020]所述接收光纤阵列耦接所述接收镜；
[0021]所述接收镜，其为透射式光学望远镜，所述接收镜通过所述光纤滤波器耦接所述接收光线阵列，用以将所述多波束激光线列耦合到所述接收光纤阵列上；
[0022]所述光纤滤波器，其为窄带管纤滤波器，用以去除所述多波束激光线列中每路光纤接收信号的杂散光并耦合所述多波束激光线列至所述光电探测器。
[0023]在更具体的技术方案中，所述光纤滤波器采用负反馈雪崩淬灭方式运行所述InGaAs/InP盖革APD探测器。
[0024]本专利技术采用负反馈雪崩淬灭方式，使APD探测器运行在自由运行，实现任意到达时刻、极微弱回波信号的光子计数探测。
[0025]在更具体的技术方案中，所述信号采集与处理模块，包括FPGA采集单元、FPGA光子飞行时间单元、数据累积单元，
[0026]所述FPGA采集单元以FPGA实现多路单光子探测器信号的采集和处理；
[0027]所述FPGA光子飞行时间单元，其连接所述FPGA采集单元，用以利用FPGA时钟计数和进位链计数相结合的方式精密测量光子飞行时间数据；
[0028]所述数据累积单元，其连接所述FPGA光子飞行时间单元，用以通过FPGA对多个脉冲周期的所述光子飞行时间数据进行实时累积，据以提取并检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机场鸟情探测激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括：多波束激光发射模块、光学接收与探测模块、信号采集与处理模块、光电扫描台；所述多波束激光发射模块，其为发射光纤器件组，用以根据预设安全波长及预设束间角产生并发射的多波束激光线列照射小体积目标，其中所述多波束光线列为1550纳米人眼安全波长激光；所述光学接收与探测模块，其为光子接收器件组，用以接收并转换所述小体积目标散射的激光脉冲信号，据以得到鸟情脉冲电信号，所述光学接收与探测模块包括光电探测器，所述光电探测器采用自用运行模式InGaAs/InP盖革APD探测器对所述鸟情脉冲电信号进行光子计数探测；所述信号采集与处理模块连接所述多波束激光发射模块及所述光学接收与探测模块，所述信号采集与处理模块接收并处理所述鸟情脉冲电信号及脉冲激光发射时刻，据以得到飞行目标状态检测数据；所述光电扫描转台安装光电机箱，所述多波束激光发射模块、所述光学接收与探测模块及所述信号采集与处理模块集成于所述光电机箱，用以根据预设视场转动扫描机场鸟情。2.根据权利要求1所述的一种机场鸟情探测激光雷达系统，其特征在于，所述多波束激光发射模块，包括：脉冲激光器、分束器、光纤阵列和扩束镜，所述脉冲激光器，其为纳秒脉冲光纤激光器，用以产生预设安全波长的脉冲激光；所述分束器，其为光纤分束网络，所述分束器连接所述脉冲激光器，用以分束所述脉冲激光，控制所述脉冲激光的波束的束间角小于波束发散角，据以得到分束脉冲激光；所述光纤阵列，用以将所述分束脉冲激光转为所述多波束激光线列；所述扩束镜设置于所述多波束激光阵列的照射方向上，其为投射式光学镜头，用以发射所述多波束激光阵列。3.根据权利要求2所述的一种机场鸟情探测激光雷达系统，其特征在于，所述脉冲激光器，其采用直接调制半导体种子源和多级光纤放大器产生高重频、窄脉宽、大脉冲能量激光。4.根据权利要求1所述的一种机场鸟情探测激光雷达系统，其特征在于，所述光学接收与探测模块还包括：接收镜、接收光纤阵列、光纤滤波器，所述接收光纤阵列耦接所述接收镜；所述接收镜，其为透射式光学望远镜，所述接收镜通过所述光纤滤波器耦接所述接收光线阵列，用以将所述多波束激光线列耦合到所述接收光纤阵列上；所述光纤滤波器，其为窄带管纤滤波器，用以去除所述多波束激光线列中每路光纤接收信号的杂散光并耦合所...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛鹏，邬伯才，盛磊，郭静菁，张勇波，李正琦，王磊，周安然，刘永涛，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：