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

自适应控制动态范围的激光雷达装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106772437A
CN106772437A CN201611137765.5A CN201611137765A CN106772437A CN 106772437 A CN106772437 A CN 106772437A CN 201611137765 A CN201611137765 A CN 201611137765A CN 106772437 A CN106772437 A CN 106772437A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
control
laser radar
dynamic range
photomultiplier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611137765.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106772437B (zh
Inventor
曹开法
黄尧
李学斌
朱文越
孙凤莹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN201611137765.5A priority Critical patent/CN106772437B/zh
Publication of CN106772437A publication Critical patent/CN106772437A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106772437B publication Critical patent/CN106772437B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4918—Controlling received signal intensity, gain or exposure of sensor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

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。
CN201611137765.5A 2016-12-12 2016-12-12 自适应控制动态范围的激光雷达装置 Active CN106772437B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611137765.5A CN106772437B (zh) 2016-12-12 2016-12-12 自适应控制动态范围的激光雷达装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611137765.5A CN106772437B (zh) 2016-12-12 2016-12-12 自适应控制动态范围的激光雷达装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106772437A true CN106772437A (zh) 2017-05-31
CN106772437B CN106772437B (zh) 2020-11-27

Family

ID=58879906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611137765.5A Active CN106772437B (zh) 2016-12-12 2016-12-12 自适应控制动态范围的激光雷达装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106772437B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108562910A (zh) * 2018-06-15 2018-09-21 安徽科创中光科技有限公司 一种重雾霾天气防止信号饱和失真的激光雷达
CN110390136A (zh) * 2019-06-18 2019-10-29 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种自适应扩展光电倍增管动态范围的方法
CN111198381A (zh) * 2018-11-19 2020-05-26 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达测距系统
WO2020103805A1 (en) 2018-11-19 2020-05-28 Suteng Innovation Technology Co., Ltd. Lidar signal receiving circuits, lidar signal gain control methods, and lidars using the same
WO2020164121A1 (zh) * 2019-02-15 2020-08-20 华为技术有限公司 一种雷达以及增益控制方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1542461A (zh) * 2003-11-05 2004-11-03 中国科学院安徽光学精密机械研究所 昼夜兼用的便携式米散射激光雷达及其探测方法
CN1657972A (zh) * 2005-01-20 2005-08-24 中国科学院安徽光学精密机械研究所 Raman－Mie散射激光大气信号的探测方法及激光雷达
CN1875547A (zh) * 2003-11-07 2006-12-06 美商亚瑟罗斯通讯股份有限公司 自适应抗干扰性控制
CN1904640A (zh) * 2006-06-29 2007-01-31 哈尔滨工业大学 增益调制式脉冲成像激光雷达系统
CN101479896A (zh) * 2006-05-12 2009-07-08 波科海姆技术公共有限公司 可变增益光放大器
CN101504456A (zh) * 2009-02-26 2009-08-12 北京航空航天大学 一种基于增强型电荷耦合成像器的循环步进同步控制电路
CN201733282U (zh) * 2010-07-14 2011-02-02 安徽华东光电技术研究所 可变增益和时变增益自适应的放大器电路
CN102393987A (zh) * 2011-09-23 2012-03-28 无锡科晟光子科技有限公司 宽域全光纤传感系统连续波自适应大动态范围信号处理方法
CN104793218A (zh) * 2015-05-07 2015-07-22 中国科学院合肥物质科学研究院 基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1542461A (zh) * 2003-11-05 2004-11-03 中国科学院安徽光学精密机械研究所 昼夜兼用的便携式米散射激光雷达及其探测方法
CN1875547A (zh) * 2003-11-07 2006-12-06 美商亚瑟罗斯通讯股份有限公司 自适应抗干扰性控制
CN1657972A (zh) * 2005-01-20 2005-08-24 中国科学院安徽光学精密机械研究所 Raman－Mie散射激光大气信号的探测方法及激光雷达
CN101479896A (zh) * 2006-05-12 2009-07-08 波科海姆技术公共有限公司 可变增益光放大器
CN1904640A (zh) * 2006-06-29 2007-01-31 哈尔滨工业大学 增益调制式脉冲成像激光雷达系统
CN101504456A (zh) * 2009-02-26 2009-08-12 北京航空航天大学 一种基于增强型电荷耦合成像器的循环步进同步控制电路
CN201733282U (zh) * 2010-07-14 2011-02-02 安徽华东光电技术研究所 可变增益和时变增益自适应的放大器电路
CN102393987A (zh) * 2011-09-23 2012-03-28 无锡科晟光子科技有限公司 宽域全光纤传感系统连续波自适应大动态范围信号处理方法
CN104793218A (zh) * 2015-05-07 2015-07-22 中国科学院合肥物质科学研究院 基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108562910A (zh) * 2018-06-15 2018-09-21 安徽科创中光科技有限公司 一种重雾霾天气防止信号饱和失真的激光雷达
CN111198381A (zh) * 2018-11-19 2020-05-26 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达测距系统
WO2020103805A1 (en) 2018-11-19 2020-05-28 Suteng Innovation Technology Co., Ltd. Lidar signal receiving circuits, lidar signal gain control methods, and lidars using the same
EP3884300A4 (en) * 2018-11-19 2022-07-27 Suteng Innovation Technology Co., Ltd. LIDAR SIGNAL RECEIVING CIRCUITS, LIDAR SIGNAL GAIN CONTROL METHODS, AND LIDARS USING SAME
CN111198381B (zh) * 2018-11-19 2022-08-16 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达测距系统
US11703590B2 (en) 2018-11-19 2023-07-18 Suteng Innovation Technology Co., Ltd. Lidar signal receiving circuits, lidar signal gain control methods, and lidars using the same
US12092736B2 (en) 2018-11-19 2024-09-17 Suteng Innovation Technology Co., Ltd. Lidar signal receiving circuits, lidar signal gain control methods, and lidars using the same
WO2020164121A1 (zh) * 2019-02-15 2020-08-20 华为技术有限公司 一种雷达以及增益控制方法
CN112534302A (zh) * 2019-02-15 2021-03-19 华为技术有限公司 一种雷达以及增益控制方法
CN112534302B (zh) * 2019-02-15 2022-02-11 华为技术有限公司 一种雷达以及增益控制方法
CN110390136A (zh) * 2019-06-18 2019-10-29 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种自适应扩展光电倍增管动态范围的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106772437B (zh) 2020-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106772437A (zh) 自适应控制动态范围的激光雷达装置
CN102879835B (zh) 一种激光降水天气现象的测量方法和激光降水天气现象仪
CN101793545B (zh) 生物燃料的自动计量系统及方法
CN202057569U (zh) 一种气溶胶颗粒分析仪的自动校正系统
CN101071171A (zh) 双波长双视场米散射激光雷达的结构及其探测方法
CN109991624B (zh) 一种基于同轴光学及单光子探测技术的新型激光雷达及检测方法
CN202522516U (zh) 一种光学透过率测试装置
CN101299066A (zh) 激光雷达透射式同轴发射与接收装置
CN103033857A (zh) 基于平行光大视场的降水降雪自动观测方法
CN102854514A (zh) 一种近场同轴双视场米散射大气激光雷达
CN103852435B (zh) 一种基于双拉曼管光源的差分吸收激光雷达臭氧时空分布昼夜自动探测装置
CN102288523A (zh) 基于线阵ccd的颗粒粒径分布测量装置
CN1945356B (zh) 多功能大气激光雷达
CN106443707A (zh) 一种超光谱激光雷达系统及其控制方法
CN206594294U (zh) 一种臭氧探测激光雷达
CN105572688A (zh) 激光雨雪粒子成像探测仪
CN113295626A (zh) 基于阵列式微脉冲激光雷达的气溶胶消光光谱测量方法和装置
CN109883901A (zh) 一种无人机机载的紫外光探测雾霾粒子系统及其探测方法
CN108227044B (zh) 一种基于双线阵的雨滴测量装置及方法
US11828905B2 (en) Dual line diode array device and measurement method and measurement device for particle velocity
CN104034515B (zh) 基于散射光探测的光纤激光模式不稳定监测方法
CN103364360A (zh) 水分测定仪
CN206557091U (zh) 基于tdlas技术的有毒有害气体在线监测系统
CN210090678U (zh) 一种基于同轴光学及单光子探测技术的新型激光雷达
DE2813089C2 (de) Empfangsvorrichtung für aus unterschiedlichen Entfernungsbereichen kommende rückgestreute Signale

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant