CN106772437A - 自适应控制动态范围的激光雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应控制动态范围的激光雷达装置，其特征在于：包括有发射光源、接收光学元件、光纤、准直元件，准直元件的前方光路上设置有分色镜片，分色镜片的各分光光路上分别设有一个滤光片和一个光电倍增管，各光电倍增管的信号输出端连接信号采集器的信号输入端，信号采集器的信号输出端连接控制计算机，控制计算机与增益控制单元控制连接，增益控制单元的信号输出端与各光电倍增管控制连接。本发明的整个测量和控制调整过程均通过控制计算机进行自动控制和测量，实现激光雷达控制动态范围的自适应控制调整和信号的自动测量。

Description

自适应控制动态范围的激光雷达装置
技术领域
本发明涉及一种自适应控制动态范围的激光雷达装置，属于大气探测领域。
背景技术
大气颗粒物、污染气体和气象参数的空间分布是大气环境和污染预报中的重要参数。目前比较常用的手段有现场采样、卫星反演、气球探空和激光雷达探测。激光雷达在探测精度、空间分辨率和时间分辨率上的优势使其在环境和气象研究中起到越来越多的应用。目前，探测大气中污染气体、颗粒物和气象参数的空间分布廓线，常常采用多波长差分吸收激光雷达、Mie散射激光雷达和拉曼激光雷达的装置。目前激光雷达采集系统多采用模拟或光子计数的方式测量激光雷达回波信号，信号的大小与气溶胶浓度及系统常数和增益有关。由于大气气溶胶的时空变化非常大，至少两个数量级以上。因此大气回波信号往往需要通过调节系统增益来避免信号失真或者信噪比不够的问题。目前多采用人工调整方式，或者不调整。人工调整方式会使系统使用成本增加，耗费人力，同时也难以避免个人评判标准不一的问题。不调整的话，会有信号失真或者信噪比不够的问题，会导致数据质量下降。这些均使得激光雷达运用受到巨大的限制。本发明提出方案如下：利用激光雷达回波信号大小实时控制激光雷达系统增益，使采集的激光雷达信号保证在一定范围内，有效避免信号失真或者信噪比不够的问题，提高系统自动化测量的水平，具有很高的实用价值。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种自适应控制动态范围的激光雷达装置，提高激光雷达环境的适应性，提高了系统可靠性。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种自适应控制动态范围的激光雷达装置，其特征在于：包括有发射光源、接收光学元件、光纤、准直元件，准直元件的前方光路上设置有分色镜片，分色镜片的各分光光路上分别设有一个滤光片和一个光电倍增管，各光电倍增管的信号输出端连接信号采集器的信号输入端，信号采集器的信号输出端连接控制计算机，控制计算机与增益控制单元控制连接，增益控制单元的信号输出端与各光电倍增管控制连接；所述发射光源发射测量波段的激光光束，大气后向散射信号通过接收光学元件接收采集，再通过光纤导光到准直元件，然后通过分色镜片分成两路或者多路信号，各路信号分别经过滤光片压制背景光后通过光电倍增管进行光电转换，通过信号采集器把光电倍增管的模拟电信号采集、转换为数字信号存储于控制计算机中，再通过控制计算机对增益控制单元进行反馈控制，自动判断信号大小实时调整系统增益。
所述的自适应控制动态范围的激光雷达装置，其特征在于：所述发射光源发射的是一个或多个波长的光。
所述的自适应控制动态范围的激光雷达装置，其特征在于：所述接收光学元件采用望远镜。
所述的自适应控制动态范围的激光雷达装置，其特征在于：所述发射光源的发射方向与望远镜光轴相互平行。
本发明的优点是：
本发明中，控制计算机根据回波信号大小通过控制增益控制单元来调整光电倍增管的增益，从而控制电信号保持在合适的范围内，防止信号过大失真或过小信噪比低；因此，通过信号的自适应控制有效避免由于气溶胶含量的变化导致信号失配，提高激光雷达环境的适应性，提高了系统自动运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标示：1-发射光源；2-接收光学元件；3- 光纤；4-准直元件；5-分色镜片；6-滤光片；7-光电倍增管；8-滤光片；9-光电倍增管；10-信号采集器；11-增益控制单元；12-控制计算机。
图2为本发明的测量和控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种自适应控制动态范围的激光雷达装置，用于测量大气颗粒物、大气污染气体和大气参数，总体结构可以采用采用分体式结构、一体式或者车载移动平台；包括有发射光源1，发射光源1发射测量波段的激光光束，大气后向散射信号通过接收光学元件2接收采集，通过光纤3导光到准直元件4，然后通过分色镜片5分成两路或者多路信号，一路信号放置滤光片6压制背景光后通过光电倍增管7进行光电转换，其它路信号也一样放置滤光片8压制背景光后通过光电倍增管9进行光电转换；通过信号采集器10把光电倍增管7、9的模拟电信号采集为数字信号存储于控制计算机12中，通过控制计算机12对增益控制单元11进行反馈控制，自动判断信号大小实时调整系统增益。
本发明核心是通过控制计算机12对增益控制单元11进行控制，自动判断信号大小实时调整系统增益。具体的测量和控制过程如图2所示，首先根据默认的增益进行第一次测量，根据测量结果进行判断，如果激光雷达信号大小在设定的范围内，继续进行下一组测量。如果测量的激光雷达信号太大，则根据大小调整通过控制计算机对增益控制单元进行控制，降低增益后进行下一组测量。如果测量的激光雷达信号太小，则根据大小调整通过控制计算机对增益控制单元进行控制，增加增益后进行下一组测量。整个测量和控制调整过程均通过控制计算机进行自动控制和测量，实现激光雷达控制动态范围的自适应控制调整和信号的自动测量。

Claims (4)

1.一种自适应控制动态范围的激光雷达装置，其特征在于：包括有发射光源、接收光学元件、光纤、准直元件，准直元件的前方光路上设置有分色镜片，分色镜片的各分光光路上分别设有一个滤光片和一个光电倍增管，各光电倍增管的信号输出端连接信号采集器的信号输入端，信号采集器的信号输出端连接控制计算机，控制计算机与增益控制单元控制连接，增益控制单元的信号输出端与各光电倍增管控制连接；所述发射光源发射测量波段的激光光束，大气后向散射信号通过接收光学元件接收采集，再通过光纤导光到准直元件，然后通过分色镜片分成两路或者多路信号，各路信号分别经过滤光片压制背景光后通过光电倍增管进行光电转换，通过信号采集器把光电倍增管的模拟电信号采集、转换为数字信号存储于控制计算机中，再通过控制计算机对增益控制单元进行反馈控制，自动判断信号大小实时调整系统增益。
2.根据权利要求1所述的自适应控制动态范围的激光雷达装置，其特征在于：所述发射光源发射的是一个或多个波长的光。
3.根据权利要求1或2所述的自适应控制动态范围的激光雷达装置，其特征在于：所述接收光学元件采用望远镜。
4.根据权利要求3所述的自适应控制动态范围的激光雷达装置，其特征在于：所述发射光源的发射方向与望远镜光轴相互平行。
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