基于编码脉冲的水体激光雷达及编码脉冲激光生成方法技术

本发明专利技术提供一种基于编码脉冲的水体激光雷达及编码脉冲激光生成方法，通过调制方式或物理方式的编码脉冲激光转换装置将连续激光或脉冲激光转换为适用于水体和目标探测的蓝绿波段编码脉冲激光；采用调制方式时提高出射激光的平均发射功率，通过对激光脉冲进行编码产生编码相关增益，去除背景噪声，提高系统信噪比，从而实现脉冲激光雷达的长距离和弱信号目标探测，同时由于连续激光器器件成熟，可供选择的波段比较多，适用性更广，能够满足不同水体场景的探测需求；采用物理方式时对激光脉冲进行编码生成两路编码脉冲激光，与单重复脉冲激光雷达系统相比，不仅可以提高系统信噪比，还能够增加探测维度和范围，减小探测等待时间，提高探测效率。提高探测效率。提高探测效率。

【技术实现步骤摘要】
基于编码脉冲的水体激光雷达及编码脉冲激光生成方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，尤其涉及一种基于编码脉冲的水体激光雷达及编码脉冲激光生成方法。

技术介绍

[0002]蓝绿波段激光相比于其他波段的可见光在水体中吸收系数最小，是水体激光雷达探测的窗口。激光雷达使用连续激光或者脉冲激光进行探测。连续激光器器件成熟，可获得高平均功率激光，且可供选择的波长较多，但是，通过连续波调频等技术获得距离分辨率，在可见光波段难以实现，技术复杂。而脉冲激光雷达可以获得距离信息，但现有的单重复脉冲蓝绿波段激光雷达脉冲重复频率低，平均功率低，无法实现在水体中的长距离探测。
[0003]实现激光雷达在水体中的长距离探测，一是要求激光器平均功率高，二是要求激光是脉冲光，但是现有技术在蓝绿波段二者无法同时满足。

技术实现思路

[0004]本专利技术在于克服现有技术的不足，提供一种基于编码脉冲的水体激光雷达及编码脉冲激光生成方法，激光源选用高功率连续激光器或高重复频率脉冲激光器，采用调制的编码脉冲转换方法将连续激光转换为编码脉冲激光，不仅可提高蓝绿波段脉冲激光的平均发射功率，而且通过对脉冲激光进行编码产生编码相关增益，去除背景噪声，提高系统信噪比，从而实现水体脉冲激光雷达的长距离和弱信号目标探测，同时由于连续激光器器件成熟，可供选择的波段比较多，适用性更广，能够满足不同水体场景的探测需求。此外，采用物理的编码脉冲转换方法时，激光源可选用高功率连续激光器或高重复频率脉冲激光器，通过物理的编码脉冲激光转换装置对激光脉冲进行编码生成两路编码脉冲激光，与单重复脉冲激光雷达系统相比，不仅可以提高系统信噪比，还能够增加探测维度和范围，减小探测等待时间，提高探测效率。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一方面，一种基于编码脉冲的水体激光雷达，包括：高功率激光器、编码脉冲激光转换装置、准直耦合器、收发望远镜模块、滤波器、探测器、采集模块和计算模块；
[0007]所述编码脉冲激光转换装置将所述高功率激光器产生的高功率激光转换为编码脉冲激光，所述编码脉冲激光经准直耦合器耦合入光纤后经收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；出射激光与水体相互作用产生的回波信号经收发望远镜模块中的接收望远镜接收，回波信号通过滤波器滤波之后进入探测器，探测器将该回波光信号转换成电信号；电信号由采集模块采集，采集的数字信号通过计算模块处理后反演获得水体和目标探测信息。
[0008]优选的，所述编码脉冲激光转换装置将高功率连续激光转换为编码脉冲激光的方式为调制方式；所述编码脉冲激光转换装置包括光调制器和编码波形发生装置；所述高功率激光器为近红外波段高功率连续激光器；所述水体激光雷达还包括倍频器；
[0009]所述近红外波段高功率连续激光器产生近红外波段高功率连续激光，编码波形发生装置驱动光调制器将近红外波段连续激光调制为编码脉冲激光，编码脉冲激光进入倍频器二倍频后产生适用于水体探测的蓝绿波段编码脉冲激光；
[0010]所述编码波形发生装置包括编码发生器和波形发生器；所述编码发生器产生单极性Golay互补码序列，并驱动所述波形发生器产生单极性Golay互补码序列脉冲波形；所述波形发生器驱动光调制器将近红外波段高功率连续激光调制为Golay编码脉冲激光。
[0011]优选的，所述编码脉冲激光转换装置将高功率激光转换为编码脉冲激光的方式为物理方式；所述高功率激光器为蓝绿波段高功率连续激光器；所述编码脉冲激光转换装置包括两路编码脉冲激光转换装置；所述准直耦合器包括第一准直耦合器和第二准直耦合器；所述收发望远镜模块包括第一收发望远镜模块和第二收发望远镜模块；所述滤波器包括第一滤波器和第二滤波器；所述探测器包括第一探测器和第二探测器；所述采集模块为多路采集模块；所述水体激光雷达还包括聚焦系统；
[0012]所述蓝绿波段高功率连续激光器产生的蓝绿波段高功率连续激光通过聚焦系统聚焦后生成的聚焦光束，经两路编码脉冲激光转换装置转换为两路编码脉冲激光，分别为第一路空间脉冲激光和第二路空间脉冲激光；第一路空间脉冲激光经第一准直耦合器耦合入光纤，通过第一收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；第二路空间脉冲激光经第二准直耦合器耦合入光纤，通过第二收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；
[0013]第一路激光与水体相互作用产生的第一路回波信号通过第一收发望远镜模块中的接收望远镜接收，第二路激光与水体相互作用产生的第二路回波信号通过第二收发望远镜模块中的接收望远镜接收；所述第一路回波信号经第一滤波器滤波之后进入第一探测器，所述第二路回波信号经第二滤波器滤波之后进入第二探测器，所述第一探测器用于将第一路回波信号转换成第一路电信号，所述第二探测器用于将第二路回波信号转换成第二路电信号，所述多路采集模块采集第一路电信号和第二路电信号并通过计算模块进行处理后反演获得水体和目标探测信息。
[0014]优选的，所述编码脉冲激光转换装置将高功率激光转换为编码脉冲激光的方式为物理方式；所述高功率激光器为蓝绿波段高重复频率脉冲激光器；所述编码脉冲激光转换装置包括两路编码脉冲激光转换装置；所述准直耦合器包括第一准直耦合器和第二准直耦合器；所述收发望远镜模块包括第一收发望远镜模块和第二收发望远镜模块；所述滤波器包括第一滤波器和第二滤波器；所述探测器包括第一探测器和第二探测器；所述采集模块为多路采集模块；所述水体激光雷达还包括聚焦系统；所述水体激光雷达还包括频率同步装置；
[0015]所述蓝绿波段高重复频率脉冲激光器产生的蓝绿波段高重复频率脉冲激光通过聚焦系统聚焦后生成的聚焦光束，经两路编码脉冲激光转换装置转换为两路编码脉冲激光，分别为第一路空间脉冲激光和第二路空间脉冲激光；频率同步装置控制蓝绿波段高重复频率脉冲激光器的脉冲重复频率为编码脉冲转换装置的脉冲编码频率的整数倍；第一路空间脉冲激光经第一准直耦合器耦合入光纤，通过第一收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；第二路空间脉冲激光经第二准直耦合器耦合入光纤，通过第二收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；
[0016]第一路激光与水体相互作用产生的第一路回波信号通过第一收发望远镜模块中
的接收望远镜接收，第二路激光与水体相互作用产生的第二路回波信号通过第二收发望远镜模块中的接收望远镜接收；所述第一路回波信号经第一滤波器滤波之后进入第一探测器，所述第二路回波信号经第二滤波器滤波之后进入第二探测器，所述第一探测器用于将第一路回波信号转换成第一路电信号，所述第二探测器用于将第二路回波信号转换成第二路电信号，所述多路采集模块采集第一路电信号和第二路电信号并通过计算模块进行处理后反演获得水体和目标探测信息。
[0017]优选的，所述两路编码脉冲激光转换装置包括高速电机、编码转盘、分路转盘、和同步转轴；所述编码转盘按两组相同的Golay互补码序列各4个码组交替排列在圆盘上打孔；所述分路转盘按编码转盘的8个码组圆孔所对应的拱形区域交替透过编码脉冲激光和反射编码脉冲激光；所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于编码脉冲的水体激光雷达，其特征在于，包括：高功率激光器、编码脉冲激光转换装置、准直耦合器、收发望远镜模块、滤波器、探测器、采集模块和计算模块；所述编码脉冲激光转换装置将所述高功率激光器产生的高功率激光转换为编码脉冲激光，所述编码脉冲激光经准直耦合器耦合入光纤后经收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；出射激光与水体相互作用产生的回波信号经收发望远镜模块中的接收望远镜接收，回波信号通过滤波器滤波之后进入探测器，探测器将该回波光信号转换成电信号；电信号由采集模块采集，采集的数字信号通过计算模块处理后反演获得水体和目标探测信息。2.根据权利要求1所述的基于编码脉冲的水体激光雷达，其特征在于，所述编码脉冲激光转换装置将高功率连续激光转换为编码脉冲激光的方式为调制方式；所述编码脉冲激光转换装置包括光调制器(2)和编码波形发生装置(3)；所述高功率激光器为近红外波段高功率连续激光器(1)；所述水体激光雷达还包括倍频器(4)；所述近红外波段高功率连续激光器(1)产生近红外波段高功率连续激光，编码波形发生装置(3)驱动光调制器(2)将近红外波段连续激光调制为编码脉冲激光，编码脉冲激光进入倍频器(4)二倍频后产生适用于水体探测的蓝绿波段编码脉冲激光；所述编码波形发生装置(3)包括编码发生器和波形发生器；所述编码发生器产生单极性Golay互补码序列，并驱动所述波形发生器产生单极性Golay互补码序列脉冲波形；所述波形发生器驱动光调制器(2)将近红外波段高功率连续激光调制为Golay编码脉冲激光。3.根据权利要求1所述的基于编码脉冲的水体激光雷达，其特征在于，所述编码脉冲激光转换装置将高功率激光转换为编码脉冲激光的方式为物理方式；所述高功率激光器为蓝绿波段高功率连续激光器(14)；所述编码脉冲激光转换装置包括两路编码脉冲激光转换装置(16)；所述准直耦合器包括第一准直耦合器(17)和第二准直耦合器(22)；所述收发望远镜模块包括第一收发望远镜模块和第二收发望远镜模块；所述滤波器包括第一滤波器(20)和第二滤波器(25)；所述探测器包括第一探测器(21)和第二探测器(26)；所述采集模块为多路采集模块(27)；所述水体激光雷达还包括聚焦系统(15)；所述蓝绿波段高功率连续激光器(14)产生的蓝绿波段高功率连续激光通过聚焦系统(15)聚焦后生成的聚焦光束，经两路编码脉冲激光转换装置(16)转换为两路编码脉冲激光，分别为第一路空间脉冲激光和第二路空间脉冲激光；第一路空间脉冲激光经第一准直耦合器(17)耦合入光纤，通过第一收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；第二路空间脉冲激光经第二准直耦合器(21)耦合入光纤，通过第二收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；第一路激光与水体相互作用产生的第一路回波信号通过第一收发望远镜模块中的接收望远镜接收，第二路激光与水体相互作用产生的第二路回波信号通过第二收发望远镜模块中的接收望远镜接收；所述第一路回波信号经第一滤波器(20)滤波之后进入第一探测器(21)，所述第二路回波信号经第二滤波器(25)滤波之后进入第二探测器(26)，所述第一探测器(21)用于将第一路回波信号转换成第一路电信号，所述第二探测器(26)用于将第二路回波信号转换成第二路电信号，所述多路采集模块(27)采集第一路电信号和第二路电信号并通过计算模块进行处理后反演获得水体和目标探测信息。4.根据权利要求1所述的基于编码脉冲的水体激光雷达，其特征在于，所述编码脉冲激
光转换装置将高功率激光转换为编码脉冲激光的方式为物理方式；所述高功率激光器为蓝绿波段高重复频率脉冲激光器(34)；所述编码脉冲激光转换装置包括两路编码脉冲激光转换装置(16)；所述准直耦合器包括第一准直耦合器(17)和第二准直耦合器(22)；所述收发望远镜模块包括第一收发望远镜模块和第二收发望远镜模块；所述滤波器包括第一滤波器(20)和第二滤波器(25)；所述探测器包括第一探测器(21)和第二探测器(26)；所述采集模块为多路采集模块(27)；所述水体激光雷达还包括聚焦系统(15)；所述水体激光雷达还包括频率同步装置(35)；所述蓝绿波段高重复频率脉冲激光器(34)产生的蓝绿波段高重复频率脉冲激光通过聚焦系统(15)聚焦后生成的聚焦光束，经两路编码脉冲激光转换装置(16)转换为两路编码脉冲激光，分别为第一路空间脉冲激光和第二路空间脉冲激光；频率同步装置(35)控制蓝绿波段高重复频率脉冲激光器(34)的脉冲重复频率为编码脉冲转换装置(16)的脉冲编码频率的整数倍；第一路空间脉冲激光经第一准直耦合器(17)耦合入光纤，通过第一收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；第二路空间脉冲激光经第二准直耦合器(21)耦合入光纤，通过第二收发望远镜模块中的发射望远镜入射到水体中；第一路激光与水体相互作用产生的第一路回波信号通过第一收发望远镜模块中...

【专利技术属性】
技术研发人员：上官明佳，杨志峰，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：