【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光雷达，具体涉及一种脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法。
技术介绍
1、单光子激光雷达通过发射窄脉冲激光实现目标探测和测距，是高精度测距、成像的重要技术手段。由于单光子探测器通常不具有光子数分辨能力，并且对极微弱信号探测为概率性探测过程，其输出为光子数有无信息，因此，单光子激光雷达需要通过光子计数累积实现目标探测和测距。光子计数信号检测通常需要累积几百，甚至上千个脉冲激光回波，实现目标探测。为了较快的探测目标，或者对运动目标进行测距，单光子激光雷达通常采用微脉冲发射体制，即发射高脉冲重复频率、微弱脉冲能量激光，从而实现快速光子计数累积。在高脉冲重复频率激光发射情况下，激光脉冲周期相对较短，对远距离目标探测和测距将出现脉冲测距模糊问题。
2、针对脉冲测距模糊问题，目前主要方法是交替发射两种不同脉冲重复频率的激光，通过两个测距结果进行解模糊。该方法主要用于回波波形采集体制的激光雷达。针对单光子探测体制激光雷达，在对非合作运动目标进行探测和测距的过程中，由于目标出现的时间未知，光束在目标上的照射时间较短，通过两种不同脉冲频率进行交替探测难以累积足够的回波光子计数，导致无法实现测距和解模糊。并且两种不同的脉冲频率需要预先设置，并计算出相应的脉冲测距距离。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，解决了现有单光子激光雷达脉冲测距模糊的问题。
3、(二)技
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
5、一种脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，其特征在于，所述脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法包括步骤如下：
6、s1、在触发激光脉冲时，调制脉冲周期，使得激光脉冲发射时间间隔步进变化；对于第i个脉冲周期ti，其为第i个激光脉冲发射时刻zi和第i+1个激光脉冲发射时刻zi+1的时间间隔，即：
7、ti＝zi+1-zi
8、采用脉冲周期线性调制方式，相邻脉冲周期关系如下：
9、ti+1＝ti+δt
10、其中，δt为脉冲周期步进值；
11、s2、对于每个回波光子，计算其与前一激光脉冲发射时刻的时间间隔δtk，j：
12、δtk，j＝tj-zk
13、其中，tj为光子到达时刻，zk为tj所在脉冲周期的激光脉冲发射时刻，满足：δtk，j＜tk；
14、s3、依次计算tj与前m个激光脉冲发射时刻zk-1，...，zk-m的时间间隔δtk-1，j，...，δtk-m，j：
15、δtk-1，j＝tj-zk-1＝δtk，j+tk-1；
16、……
17、δtk-m，j＝tj-zk-m＝δtk，j+tk-1+tk-2+…+tk-m；
18、m最小值满足如下关系：
19、
20、其中，r为最大探测距离，c为真空中的光速；
21、对于每个回波光子，得到δtk，j，δtk-1，j，...，δtk-m，j共m+1个飞行时间测量结果，生成对应的回波光子飞行时间谱；
22、s4、对回波光子飞行时间谱进行脉冲周期累积；
23、s5、对累积回波光子飞行时间谱进行光子符合计数信号检测，获得目标探测和测距信息。
24、优选地，所述脉冲周期采用线性递增或线性递减调制方式；根据激光脉冲发射频率范围[fmin，fmax]，计算脉冲周期调制范围[tmin，tmax]，其中tmin＝1/fmax，tmax＝1/fmin；当脉冲周期按照步进值δt递增至最大值时，将其重置为最小值；当脉冲周期按照步进值δt递减至最小值时，将其重置为最大值。
25、优选地，所述累积回波光子飞行时间谱是对每个脉冲周期内的所有回波光子飞行时间谱进行累加。
26、优选地，所述光子符合计数信号检测在累积回波光子飞行时间谱上进行滑窗检测；滑窗大小为光子符合计数门宽τ，对滑窗内的光子数进行阈值检测，判断是否为目标回波；根据滑窗内光子飞行时间分布的中心值tc，计算出目标距离d＝c×tc/2；根据滑窗内光子飞行时间分布的均方根值δtrms，计算出测距精度δd＝c×δtrms/2。
27、优选地，所述脉冲周期调制步进值δt满足：
28、δt＞2τ
29、从而，在光子符合计数检测时，避免不同激光脉冲发射周期的回波光子发生误符合计数。
30、(三)有益效果
31、本专利技术提供了一种脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
32、本专利技术中，对脉冲周期进行线性调制，使得激光脉冲发射时间间隔步进变化；计算回波光子与多个激光脉冲发射时刻的时间间隔，生成回波光子飞行时间谱；按照脉冲周期累积回波光子飞行时间谱，采用光子符合计数方法进行目标信号检测，获得目标探测和测距信息；本专利技术通过线性调制脉冲周期，结合光子符合计数信号检测，解决了单光子激光雷达脉冲测距模糊问题，能够应用于高激光脉冲发射频率下的单光子探测和测距。
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1.一种脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，其特征在于，所述脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法包括步骤如下：
2.如权利要求1所述的脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，其特征在于，所述脉冲周期采用线性递增或线性递减调制方式；根据激光脉冲发射频率范围[fmin,fmax]，计算脉冲周期调制范围[Tmin,Tmax]，其中Tmin＝1/fmax，Tmax＝1/fmin；当脉冲周期按照步进值ΔT递增至最大值时，将其重置为最小值；当脉冲周期按照步进值ΔT递减至最小值时，将其重置为最大值。
3.如权利要求1所述的脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，其特征在于，所述累积回波光子飞行时间谱是对每个脉冲周期内的所有回波光子飞行时间谱进行累加。
4.如权利要求1所述的脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，其特征在于，所述光子符合计数信号检测在累积回波光子飞行时间谱上进行滑窗检测；滑窗大小为光子符合计数门宽τ，对滑窗内的光子数进行阈值检测，判断是否为目标回波；根据滑窗内光子飞行时间分布的中心值tc，计算出目标距离d＝c×tc/2；根据滑窗内光子飞
5.如权利要求1～4任一所述的脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，其特征在于，所述脉冲周期步进值ΔT满足：
...【技术特征摘要】
1.一种脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，其特征在于，所述脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法包括步骤如下：
2.如权利要求1所述的脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，其特征在于，所述脉冲周期采用线性递增或线性递减调制方式；根据激光脉冲发射频率范围[fmin,fmax]，计算脉冲周期调制范围[tmin,tmax]，其中tmin＝1/fmax，tmax＝1/fmin；当脉冲周期按照步进值δt递增至最大值时，将其重置为最小值；当脉冲周期按照步进值δt递减至最小值时，将其重置为最大值。
3.如权利要求1所述的脉冲周期调制方式单光子激光雷达测距方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛鹏，杨露露，钱小东，周安然，郭静菁，于溢琛，张勇波，陈邦华，杨勇，干露，
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：
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