CN102435585A - 近红外激光车载雨雾探测系统 - Google Patents
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Abstract
一种近红外激光车载雨雾探测系统,属于监测技术领域,采用发射器和接收器构成,发射器包括激光器,接收器包括聚焦透镜、光电探测器、信号放大电路和处理显示器,在激光器前端装有扩束器,在聚焦透镜与光电探测器之间安装有视场光阑,视场光阑与光电探测器之间安装有窄带滤光片,窄带滤光片中心波长与激光器工作波段对应。本发明采用激光大气后向散射探测技术,实现车辆在行驶中对突发雨、雾等恶劣天气环境变化的自动告警。
Description
技术领域
本发明属于监测技术领域,涉及一种对雨雾的探测系统。
背景技术
车辆在行驶过程当中,遭遇突发雨、雾等恶劣气候环境时,由于大气透过率较低,人眼或其他被动成像探测设备均无法发挥作用,驾驶员不能提前预知前方雨、雾环境,导致车祸事件的发生机率大幅上升。
激光通过大气传输,在经过的区域内由于存在大量大气悬浮粒子,会对激光进行散射,接受系统接收大气的透射或后向散射激光能量,就可以根据接收能量的强弱反映不同气候条件下的大气能见度变化。根据结构形式可分为透射式和反射式两类系统。
常用仪器大都采用透射式原理,它检测的是光波因大气微粒的消光衰减的光强。其优点是采样体积大、在雾滴引起的能见度条件下测量结果较为准确。但是仪器占地面积大,需要经常维护,发射与接收装置距离远,发射端一侧无法及时得知探测结果,并且不能在移动条件下探测,局限性很大。
反射式系统将发射和接收端组合在一个系统内,接收端接收经探测目标反射或散射返回的回波信号,使透射仪器转变成单端收发方式,该方式也称为“折叠基线式”或“单端式”。反射式系统体积小,结构简单,实时反映探测结果,有利于车载应用。
反射式激光发射接收系统由发射器和接收器构成,发射器包括激光器,接收器包括聚焦透镜、光电探测器、信号放大电路和处理显示器。
如激光气象雷达是典型的反射式结构,可以探测大气的后向散射信号,测量大气能见度变化。但激光气象雷达的激光发射功率高,接收系统复杂,制造成本极高;由于系统体积大、重量重,不能应用于普通车辆移动探测,只能由特种车辆运输至某一特定地点固定探测;并且激光气象雷达对远近距离的散射回波信号同时响应,不能滤除近处目标的散射干扰,无法应用于复杂路况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种近红外激光车载雨雾探测系统。
本发明解决技术问题的方案是采用发射器和接收器构成,发射器包括激光器,接收器包括聚焦透镜、光电探测器、信号放大电路和处理显示器,激光器为半导体激光器,工作波段为808nm、880nm、940nm或980nm,功率为1W,发散角1.5mrad,激光器由频率调制器控制,频率调制器能够使激光器的发射频率被调制在50Hz-30kHz之间,在激光器前端装有扩束器,扩束器为8-16倍扩束光学系统,在聚焦透镜与光电探测器之间安装有视场光阑,视场光阑在聚焦透镜的焦点处,视场光阑与光电探测器之间安装有窄带滤光片,窄带滤光片中心波长与激光器工作波段对应,光电探测器为硅二极管探测器,信号放大电路采用与激光器频率调制器相同频率的调制放大电路,发射器和接收器同一方向并排放置,视场光阑限制的光学系统视场角为ω,探测距离和视场角有如下关系:tan(ω/2)=D/L,其中D是发射器和接收器的横向距离,L是起始探测距离。
为了防止前方车辆的反射光直接进入接收系统,将发射器和接收器的前端向上倾斜一定角度θ,可得到如下关系:tan(θ)=H/S,S是距前车距离,H是前车高度。
工作时,发射器发出激光,反射回接收器,为了实现远距离探测的目的,要求激光器功率较大、发散角较小,考虑到车载应用环境,采用体积紧凑、性能稳定的半导体激光器,工作波段980nm,功率为1W,发散角1.5mrad。弱光探测器接收激光的大气后向散射将光信号转化为电信号,弱光探测器接收的光子数较少,产生的电信号较弱,需要对电信号进行放大,再输出到数据采集系统进行阈值标定,通过阈值标定,反应不同气候状况对后向散射回波的影响,来判定前方行驶环境的恶劣程度。
由于车载探测的特殊应用环境,要求激光光束单位面积能量低于人眼安全阈值,激光器发出的光束口径较小,在激光器后加入8-16倍扩束光学系统,增大光束口径,减小单位面积能量,使其低于人眼安全阈值。
弱光探测器感光面积有限,为了收集更多信号光能量,在探测器前放置聚焦光学系统,将探测器感光面置于聚焦光学系统焦点附近,大大提高了弱光探测器的探测能力。
弱光探测器感光波段为500nm~1100nm,太阳光谱中这些波长的光线都能够被探测器收集,这些非信号光会干扰雨雾探测器的探测结果。在聚焦光学系统中加入中心波长980nm的窄带滤光片滤除太阳光谱中除980nm外其他波段的干扰,但仍存在太阳光谱980nm波长光线产生的噪声。为了区分信号光与噪声光,对发射激光进行调制,调制频率20kHz,同时接收系统放大电路采用调制放大,调制频率与激光器调制频率相同,即只对发射激光在大气中的后向散射信号放大,避免太阳光谱干扰。
发射激光打在近处车辆、树木等物体上产生的散射信号被接收系统接收会造成系统的误警,如何解决这一问题是车载雨雾探测的难点。本专利采用分立式交角测量探测技术,解决了这一技术难题,具体实现方法为:发射端与接收端分别位于车身两侧;发射端激光束发散角为1.5mrad,根据扩束原理,发散角与光束扩束口径成反比,经10倍扩束器扩束后,发散角为0.15mrad,可以近似为平行光束发射;接收端光学系统视场较小,发射激光与光学系统视场交汇区域距离汽车为50m,由于只有交汇区域内的回波信号才能用被接收端采集,因此,交汇区域外到车头位置的50m范围内的所有虚警信号回波将被有效屏蔽。同时这个系统采用一定仰角的斜程收发,避免由于近距离目标高强度回波所引起的虚警。以此来实现50m-500m的有效探测距离。由于该产品对工作条件要求较低且成本低廉,适用于装备中高档轿车及大型运输车辆,可有效降低交通事故发生机率,有效保护国家及人民财产安全。
本发明提出了一套车载雨雾探测系统,采用激光大气后向散射探测技术,实现车辆在行驶中对突发雨、雾等恶劣天气环境变化的自动告警,根据激光大气光学传输理论,选取对其他驾驶者无干扰、大气透过率较高的近红外波段激光器作为主动探测源,并利用性能稳定、成本较低的硅光电二极管作为弱光探测器,对激光大气后向散射信号进行探测,性能安全可靠。
附图说明
图1为分立式交角测量原理图;
图2为扩束器剖视图;
图3为接收系统剖视图;
图4为斜程探测示意图。
具体实施方式
例1、本发明系统由发射器1和接收器2构成,发射器1包括激光器,接收器2包括光学系统镜筒7、聚焦透镜8、光电探测器9、信号放大电路10和处理显示器11,激光器为半导体激光器,工作波段为808nm,功率为1W,发散角1.5mrad,激光器连接有频率调制器,频率调制器使激光器被调制为30kHz,在激光器前端的发射器1上装有扩束器3,扩束器3为10倍扩束光学系统,在聚焦透镜8与光电探测器9之间安装有视场光阑5,视场光阑5在聚焦透镜8的焦点处,视场光阑5与光电探测器9之间安装有窄带滤光片6,窄带滤光片6中心波长为808nm,光电探测器9为硅二极管探测器,信号放大电路10有与频率调制器对应频率的解调器,发射器1和接收器2同一方向并排放置,发射器1和接收器2分别安装在汽车左前大灯和右前大灯内,起始探测距离为50m,视场光阑5限制的光学系统视场角为4.1°,发射器1和接收器2的前端向上倾斜角度为5.7°。
例2、本发明系统由发射器1和接收器2构成,发射器1包括激光器,接收器2包括光学系统镜筒7、聚焦透镜8、光电探测器9、信号放大电路10和处理显示器11,激光器为半导体激光器,工作波段为980nm,功率为1W,发散角1.5mrad,激光器连接有频率调制器,频率调制器使激光器被调制为20kHz,在激光器前端的发射器1上装有扩束器3,扩束器3为16倍扩束光学系统,在聚焦透镜8与光电探测器9之间安装有视场光阑5,视场光阑5在聚焦透镜8的焦点处,视场光阑5与光电探测器9之间安装有窄带滤光片6,窄带滤光片6中心波长为980nm,光电探测器9为硅二极管探测器,信号放大电路10有与频率调制器对应频率的解调器,发射器1和接收器2同一方向并排放置,发射器1和接收器2分别安装在汽车左前侧和右前侧,起始探测距离为100m,视场光阑5限制的光学系统视场角为2.1°,发射器1和接收器2的前端向上倾斜角度为5°。
例3、本发明系统由发射器1和接收器2构成,发射器1包括激光器,接收器2包括光学系统镜筒7、聚焦透镜8、光电探测器9、信号放大电路10和处理显示器11,激光器为半导体激光器,工作波段为880nm,功率为1W,发散角1.5mrad,激光器连接有频率调制器,频率调制器使激光器被调制为50Hz,在激光器前端的发射器1上装有扩束器3,扩束器3为8倍扩束光学系统,在聚焦透镜8与光电探测器9之间安装有视场光阑5,视场光阑5在聚焦透镜8的焦点处,视场光阑5与光电探测器9之间安装有窄带滤光片6,窄带滤光片6中心波长为880nm,光电探测器9为硅二极管探测器,信号放大电路10有与频率调制器对应频率的解调器,发射器1和接收器2同一方向并排放置,发射器1和接收器2分别安装在汽车左前大灯和右前大灯内,起始探测距离为150m,视场光阑5限制的光学系统视场角为1.4°,发射器1和接收器2的前端向上倾斜角度为5.7°。
Claims (5)
1.一种近红外激光车载雨雾探测系统,由发射器和接收器构成,发射器包括激光器,接收器包括聚焦透镜、光电探测器、信号放大电路和处理显示器,其特征在于:激光器为半导体激光器,工作波段为808nm、880nm、940nm或980nm,功率为1W,发散角1.5mrad,激光器由频率调制器控制,频率调制器使激光器的发射频率被调制在50Hz-30kHz之间,在激光器前端装有扩束器,扩束器为8-16倍扩束光学系统,在聚焦透镜与光电探测器之间安装有视场光阑,视场光阑在聚焦透镜的焦点处,视场光阑与光电探测器之间安装有窄带滤光片,窄带滤光片中心波长与激光器工作波段对应,光电探测器为硅二极管探测器,信号放大电路采用与激光器频率调制器相同频率的调制放大电路,发射器和接收器同一方向并排放置,视场光阑限制的光学系统视场角为ω,探测距离和视场角有如下关系:tan(ω/2)=D/L,其中D是发射器和接收器的横向距离,L是起始探测距离。
2.根据权利要求1所述的近红外激光车载雨雾探测系统,其特征在于:激光器工作波段为980nm。
3.根据权利要求1所述的近红外激光车载雨雾探测系统,其特征在于:频率调制器使激光器的发射频率被调制为20kHz。
4.根据权利要求1所述的近红外激光车载雨雾探测系统,其特征在于:扩束器为10倍扩束光学系统。
5.根据权利要求1所述的近红外激光车载雨雾探测系统,其特征在于:发射器和接收器的前端向上倾斜一定角度θ,其中tan(θ)=H/S,S是距前车距离,H是前车高度。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105702027A (zh) * | 2014-12-15 | 2016-06-22 | 沃尔沃汽车公司 | 信息检索设备 |
CN112558099A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-26 | 易思维(杭州)科技有限公司 | 有效防止环境光干扰的来车触发系统 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6215480A (ja) * | 1985-07-15 | 1987-01-23 | Nippon Soken Inc | 浮遊微粒子検出装置 |
CN1831562A (zh) * | 2006-04-17 | 2006-09-13 | 武汉大学 | 基于半导体激光器的大气探测激光雷达 |
US20070221849A1 (en) * | 2005-07-12 | 2007-09-27 | Northrop Grumman Corporation | Infrared laser illuminated imaging systems and methods |
CN201000482Y (zh) * | 2007-01-17 | 2008-01-02 | 于咏 | 一种激光穿雾测距雷达 |
JP2008213618A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Denso Corp | フォグランプ装置 |
-
2011
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6215480A (ja) * | 1985-07-15 | 1987-01-23 | Nippon Soken Inc | 浮遊微粒子検出装置 |
US20070221849A1 (en) * | 2005-07-12 | 2007-09-27 | Northrop Grumman Corporation | Infrared laser illuminated imaging systems and methods |
CN1831562A (zh) * | 2006-04-17 | 2006-09-13 | 武汉大学 | 基于半导体激光器的大气探测激光雷达 |
CN201000482Y (zh) * | 2007-01-17 | 2008-01-02 | 于咏 | 一种激光穿雾测距雷达 |
JP2008213618A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Denso Corp | フォグランプ装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105702027A (zh) * | 2014-12-15 | 2016-06-22 | 沃尔沃汽车公司 | 信息检索设备 |
CN112558099A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-26 | 易思维(杭州)科技有限公司 | 有效防止环境光干扰的来车触发系统 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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