CN108873000A - 一种基于反射增强的激光雷达监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反射增强的激光雷达监测方法与系统，包括激光雷达、安装平台、具有编码阵列结构的反射装置、金属管以及调整装置。金属管可将地下震动快速传导至反射装置，在激光雷达进行整体地形扫描过程中，当扫描至具有编码阵列结构的反射装置时，会探测到相应变化的强烈光信号，当有地下震动发生时，这一光信号会随之变化。相比于现有的激光雷达系统对散射或漫反射激光的探测，本发明在地表关键位置安装反射装置，增强了探测的灵敏度，并通过对反射装置上的阵列结构进行编码设计，实现高精度监测，并可对震源位置进行分析。

Description

一种基于反射增强的激光雷达监测系统

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种基于反射增强的激光雷达监测系统。

背景技术

激光雷达是一种通过向目标物体发射激光，并对反射回波进行探测与分析，得到目标高度、距离、方位、速度等信息的检测装置，主要包括激光发射机、转台、光学接收机和信号处理系统几部分。基于激光的诸多优点，与普通雷达相比，激光雷达具有体积小、重量轻、隐蔽性好、抗有源干扰能力强等优点，被广泛应用于水利工程、交通、环境监测、防震减灾等方面。

现有激光雷达多利用漫反射、散射和多普勒效应等原理对目标进行探测，因此，探测到的光信号一般较弱，进而限制了激光雷达系统的探测精度与灵敏度。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明提出了一种基于反射增强的激光雷达监测系统，用于增强探测光信号，进而提高激光雷达的探测精度与灵敏度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术解决方案是：提供一种基于反射增强的激光雷达监测系统，包括激光雷达、安装平台、具有编码阵列结构的反射装置、金属管以及调整装置。

激光雷达部分包括电源、半导体激光器、激光准直器、转台、光探测器以及信号处理系统。电源为其它各部分的运行提供能量；半导体激光器作为光源，具有体积小、便于组装等优点；激光准直器对半导体激光器发出的光进行准直，减小光束的发散；转台控制光束偏转，实现对目标的扫描；光电探测器接收从目标返回的光波；信号处理系统对接收到的光信号的相位和强度进行分析，得到目标的距离、高度等位置信息。

所述安装平台主要为了实现激光雷达的稳固放置。

所述反射装置可通过采用飞秒激光直写和热退火工艺在基板上制造微型角反射器来实现。

所述反射装置上具有10×8的阵列结构，该阵列可分为2个区域，分别对经度和纬度进行编码，实现对不同位置的标记。

优选地，所述反射装置固定在所述金属管一端端面，金属管深埋入地下，实现地下震动到反射装置的传导。

优选地，所述调整装置具有很高的调整精度，以便激光雷达和反射装置的角度调整，使到达反射装置的光能够被激光雷达中的光探测器准确接收。

本发明提供了一种基于反射增强的激光雷达监测系统，具有以下有益效果：

（1）监测范围内重点位置处主动加入的反射装置，实现了探测光的增强，有利于提升探测灵敏度和探测精度；

（2）不同位置处反射装置上的阵列结构的不同，可以对位置进行编码，便于在震动发生时对震源位置或方向进行判断。

附图说明

图1是本发明一种基于反射增强的激光雷达监测系统示意图；

图2是本发明所述反射装置示意图；

图3是本发明所涉及的实施流程图；

图中：1-激光雷达，2-安装平台，3-金属管，4-反射装置，5-调整装置，6-基板，7-刻有角反射器的阵列单元，8-无特殊结构的阵列单元。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明中的技术方案进行完整、详细的描述与说明。

由于地震、泥石流等自然灾害多有发生，对人们的生命财产安全造成了极大的损失，对其进行监测与预警就变得相当重要。其中一种常用的监测装置就是激光雷达系统。当前的激光雷达大多对目标返回的散射光进行探测，因此探测信号一般较弱。本发明实施例提供了一种基于反射增强的激光雷达监测系统，能够更灵敏、更精确地监测震动的发生，并分析震源方位，以向人们发出预警。

实施例：

一种基于反射增强的激光雷达监测系统，参考图1，该系统包括：激光雷达1、安装平台2、金属管3、具有阵列结构的反射装置4和调整装置5。

激光雷达1用于激光的发射、扫描，反射回波的探测，以及信息的分析处理；安装平台2保证激光雷达安装的稳定性；金属管深3埋入地下，可以对震动进行快速的传导；反射装置4可以增强对入射光的反射；调整装置5对激光雷达和反射装置的安装角度进行调整，使到达反射装置的光能够更好地返回激光雷达中的光探测器。

反射装置上的阵列结构参考附图2，该阵列具有10×8个单元，左侧四列编码表示经度，右侧四列编码表示纬度，前三行表示经纬度的整数部分，后七行表示小数部分；图中黑色的阵列单元处具有微型角反射器，可实现反射增强，白色阵列单元处则无特殊反射结构；编码时，白色单元表示0，黑色表示1，如附图2所示，即表示（103.6963949，30.8569329）。

结合附图3中的流程图对整个系统的运行及信息处理过程进行描述。当整个系统安装完毕后，启动系统，激光雷达开始工作，其中的半导体激光器发射的激光经准直器后发出，经目标反射后被光探测器探测，并将信号传输给信号处理系统。转台控制激光扫描，未扫描到反射装置时，所收集到的信号为较弱的散射光信号；当扫描到反射装置时，由于反射增强，光探测器会探测到较强的光信号，并且此强光信号随反射装置上阵列结构变化，信号处理系统记录此时的转台位置以及编码信号码型，转台旋转一个周期后，所有反射装置位置及对应编码被记录。转台再次运转到相应位置时，会将所测信号码型与记录码型进行对比，信号码型无变化即表明无震动发生，系统继续进行扫描监测；码型变化即表明震动发生，信号处理系统发出震动预警，并对各位置处码型变化情况进行分析，判断震源的位置或方向。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于反射增强的激光雷达监测系统，包括：激光雷达1、安装激光雷达1的安装平台2、埋入地下的金属管3、固定在金属管3上的具有阵列结构的反射装置4和用于调整激光雷达1和反射装置4的调整装置5。

2.根据权利要求1所述的一种基于反射增强的激光雷达监测系统，其特征在于：所述系统中反射装置的加入，大大增强了反射光信号的强度，便于光探测器对其进行探测。

3.根据权利要求1所述的一种基于反射增强的激光雷达监测系统，其特征在于：所述反射装置4上具有编码阵列结构，可对经纬度位置进行编码。

4.根据权利要求3所述的反射装置上的编码阵列结构，其特征在于：所述阵列中表示1的单元上具有反射增强结构。

5.根据权利要求2所述的阵列单元上的反射增强结构，其特征在于：所述反射增强结构为采用飞秒激光直写和热退火工艺制备的微型角反射器阵列。