偏振激光雷达系统技术方案

本申请公开了一种偏振激光雷达系统，应用于光学技术领域。该系统包括激光器、回波信号接收模块及回波信号采集处理模块。其中，回波信号采集处理模块包括电控检偏器、一个光电探测器、一个单通道的数据采集卡和处理器。电控检偏器，用于在处理器的控制下进行旋转，将回波信号接收模块出射的回波信号依次分离为P分量和S分量进行出射；光电探测器，用于采集P分量和S分量，并将采集数据传输至数据采集卡。本申请可以简单、高效且精准地实现偏振信息的测量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
偏振激光雷达系统


[0001]本申请涉及光学
，特别是涉及一种偏振激光雷达系统。

技术介绍

[0002]偏振激光雷达系统通过激光器发射偏振度极高的线偏振光与大气中的粒子相互作用，利用望远镜进行回波光信号的接收，通过一定的方式方法采集回波信号中平行于原偏振的分量(称为P分量)和垂直于原偏振分量(称为S分量)，从而实现偏振探测。通常用于探测大气颗粒物状态，识别大气中粒子形态，分析大气的微观物理性质，实现气溶胶的高精度探测。
[0003]目前，对接收信号的两个分量的分离方法一般是在接收端引入一个偏振分光棱镜，将两个互相垂直的量分离后由两个PMT（photomultiplier tube，光电倍增管）光电探测器分别采集，每个PMT后端也需要接入采集卡的两个不同通道，最后由终端计算退偏信息。然而，不同的PMT对同一个光信号的响应以及采集卡的不同通道对同一个电信号的响应都无法做到完全一致。因此，需要通过细致的标定保证信号采集接收系统对P、S两个偏振分量的响应一致，并在后续测量中保证整个光学系统的稳定性，否则需要对整个接收系统进行重新定标，整个过程复杂繁琐，也一定会引入误差。举例来说，一种偏振定标方法是在激光发射端加入半波片并进行旋转，接收端要对接收的信号进行拟合，采用双PMT探测器进行采集且计算量大。另一种偏振定标方法是直接对调PMT探测器，采用双PMT探测器，无法实时标定且调换探测器方法实时性不好，步骤复杂。再一种方法是在偏振棱镜前加入半波片通过旋转半波片的方式获得不同的光强，利用公式计算增益标定系数，同样存在多探测器问题，且无法实时标定。换言之，相关技术的偏振激光雷达系统采用分光棱镜和双探测器系统，需要对系统进行严格的增益比标定，容易引入系统误差，且无法随时标较，整个测量系统的系统繁杂且系统鲁棒性差。
[0004]鉴于此，简单、高效且精准地实现偏振信息的测量，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种偏振激光雷达系统，可以简单、高效且精准地实现偏振信息的测量。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供以下技术方案：本专利技术实施例提供了一种偏振激光雷达系统，包括激光器、回波信号接收模块及回波信号采集处理模块；所述回波信号采集处理模块包括电控检偏器、一个光电探测器、一个单通道的数据采集卡和处理器；所述电控检偏器，用于在所述处理器的控制下进行旋转，将所述回波信号接收模块出射的回波信号依次分离为P分量和S分量进行出射；
所述光电探测器，用于采集所述P分量和所述S分量，并将采集数据传输至所述数据采集卡。
[0007]可选的，所述电控检偏器包括驱动电机、镜架和检偏器；所述检偏器安装在所述镜架上，所述驱动电机分别与所述镜架和所述处理器相连；所述处理器用于向所述驱动电机发送驱动信号，所述镜架在所述驱动电机的控制下进行旋转。
[0008]可选的，所述检偏器采用波段为400
‑
700 nm，消光比大于1000：1的线偏振片。
[0009]可选的，所述激光器采用脉冲能量为300 uJ，重复频率为5 KHz的半导体激光器。
[0010]可选的，所述回波信号接收模块包括反射镜和望远镜；所述反射镜，用于将所述激光器出射的线偏振脉冲激光信号反射进入大气；所述望远镜，用于接收所述线偏振脉冲激光信号与大气粒子作用后产生的后向散射回波信号。
[0011]可选的，所述望远镜的焦距为1000 mm，接收口径为100 mm。
[0012]可选的，所述回波信号接收模块还包括光信号处理子模块；所述光信号处理子模块包括孔径光阑、准直镜和滤波片；所述孔径光阑，用于抑制所述望远镜输出的回波信号的背景噪声；所述准直镜，用于对穿过所述孔径光阑的回波信号进行准直；所述滤波片，用于对经过所述准直镜准直后的回波信号进行降噪处理。
[0013]可选的，所述滤波片采用中心波长为532 nm，带宽为1 nm的窄带滤波片。
[0014]可选的，所述处理器还用于调用存储器存储的标校程序执行下述步骤：向所述电控检偏器发送连续旋转模式指令，以使所述电控检偏器在连续旋转模式下连续旋转至少360
°
；获取所述光电探测器在所述电控检偏器连续旋转过程中于每个旋转角度时的光能量，并生成光能量随旋转角度变化的能量
‑
角度分布曲线；在所述能量
‑
角度分布曲线中选择相邻的目标最大能量值和目标最小能量值，并确定所述目标最大能量值对应的第一旋转角度，所述目标最小能量值对应的第二旋转角度；向所述电控检偏器发送旋转指令，以使所述电控检偏器旋转至所述第一旋转角度处，并标定为旋转零点；向所述电控检偏器发送步进旋转模式指令，以使所述电控检偏器按照目标步进步长进行旋转，所述光电探测器按照采集时间依次区分所测得的P分量和S分量；所述目标步进步长为所述第一旋转角度和所述第二旋转角度的差值。
[0015]可选的，所述处理器部署在工控机上。
[0016]本申请提供的技术方案的优点在于，利用线偏振光以不同角度入射检偏器的光学物理特性，通过处理器驱动电机实时控制检偏器的旋转，不仅可以实现对回波信号的P分量与S分量的分离，还可以实现通过远程手段对系统进行实时控制和标校，标校方式简单且高效。仅采用单个光电探测器和单一通道的数据采集卡便可完成偏振信息的探测，无需进行增益比的标定，不仅可以有效减小系统误差的引入，有利于实现简单、高效且精准地测量偏
振信息，还可减少系统的制造成本。
[0017]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0018]为了更清楚的说明本专利技术实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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。
[0019]图1为本专利技术实施例提供的偏振激光雷达系统的一种具体实施方式结构图；图2为本专利技术实施例提供的一个示例性应用场景的能量
‑
角度分布曲线示意图；图3为本专利技术实施例提供的偏振激光雷达系统的一种具体实施方式结构图；图4为本专利技术实施例提供的偏振激光雷达系统的标校流程示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及二者的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏振激光雷达系统，其特征在于，包括激光器、回波信号接收模块及回波信号采集处理模块；所述回波信号采集处理模块包括电控检偏器、一个光电探测器、一个单通道的数据采集卡和处理器；所述电控检偏器，用于在所述处理器的控制下进行旋转，将所述回波信号接收模块出射的回波信号依次分离为P分量和S分量进行出射；所述光电探测器，用于采集所述P分量和所述S分量，并将采集数据传输至所述数据采集卡。2.根据权利要求1所述的偏振激光雷达系统，其特征在于，所述电控检偏器包括驱动电机、镜架和检偏器；所述检偏器安装在所述镜架上，所述驱动电机分别与所述镜架和所述处理器相连；所述处理器用于向所述驱动电机发送驱动信号，所述镜架在所述驱动电机的控制下进行旋转。3.根据权利要求2所述的偏振激光雷达系统，其特征在于，所述检偏器采用波段为400
‑
700 nm，消光比大于1000：1的线偏振片。4.根据权利要求1所述的偏振激光雷达系统，其特征在于，所述激光器采用脉冲能量为300 uJ，重复频率为5 KHz的半导体激光器。5.根据权利要求1所述的偏振激光雷达系统，其特征在于，所述回波信号接收模块包括反射镜和望远镜；所述反射镜，用于将所述激光器出射的线偏振脉冲激光信号反射进入大气；所述望远镜，用于接收所述线偏振脉冲激光信号与大气粒子作用后产生的后向散射回波信号。6.根据权利要求5所述的偏振激光雷达系统，其特征在于，所述望远镜的焦距为1000 mm，接收口径为100 mm。7.根据权利要求5所述的偏振激光雷达系统，其特征在于，所述回波信号接收模...

【专利技术属性】
技术研发人员：咸琛，王琪超，秦胜光，李荣忠，吴松华，
申请(专利权)人：青岛镭测创芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：