CN109270514B - 一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统，包括有发射光学系统和接收光学系统，所述的发射光学系统向大气中发射光信号，经过大气后产生的后向散射信号被接收光学系统所接收，在所述的接收光学系统的焦平面处放置有主轴光纤和旁轴光纤，所述的接收光纤系统所接收的散射信号通过主轴光纤和旁轴光纤发送出去。本发明应用在主轴光纤基础上增加一个旁轴光纤，来实现激光雷达探测盲区的压制目的，这种探测技术实现起来不仅机构稳定性较目前探测技术而言有明显的提高，而且采用双光纤探测技术直接将两个回波信号进行耦合，避免信号拼接带来的稳定性差和跃变的影响。

Description

一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统。
背景技术
激光雷达探测技术具有高时间、时空分辨率等优点，由于近些年来对流层激光雷达的发展方向主要是如何解决盲区对探测结果带来的影响，所以要求激光雷达探测盲区要尽量小，这样可以更加准确分析近地面垂直分布情况。
目前激光雷达探测技术多采用同轴发射光学系统，达到低盲区激光雷达探测的目的。同轴发射光学系统又包括同轴同心收发光学系统和同轴不同心收发光学系统，而同轴同心收发光学系统存在杂散光问题，影响激光雷达探测信号的质量，所以同轴不同心收发光学系统在目前得到了广泛应用。而对于大口径激光雷达系统而言，由于次镜的存在盲区还是未得到很好的控制，虽然有人提出在主接收光学系统中增加一个近轴接收光学系统来减小盲区，但是这种方法的弊端是接收信号要进行拼接处理，这样会带来拼接信号不一致的影响。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统，包括有发射光学系统和接收光学系统，所述的发射光学系统向大气中发射光信号，经过大气后产生的后向散射信号被接收光学系统所接收，在所述的接收光学系统的焦平面处放置有主轴光纤和旁轴光纤，所述的接收光纤系统所接收的散射信号通过主轴光纤和旁轴光纤发送出去。
所述的发射光学系统包括有Nd：YAG激光器、扩束镜、反射棱镜一和反射棱镜二，所述的Nd：YAG激光器发射出的激光，依次经过扩束镜、反射棱镜一和反射棱镜二后射向大气中。
所述的接收光学系统包括有牛顿式望远镜和聚焦镜，所述的主轴光纤和旁轴光纤均位于聚焦镜的焦平面处，经过大气后产生的后向散射信号被牛顿式望远镜接收并反射到聚焦镜上，光信号经过聚焦镜聚焦后，被主轴光纤和旁轴光纤发送出去。
为了控制激光雷达系统的盲区，本发明专利在离轴发射接收光学基础上，利用光纤进行信号传输并代替小孔光阑实现空间滤波的目的。在接收光学系统焦平面处放置双光纤的形式，等效于在原有激光雷达视场的基础上，增加一个视场可以达到双视场降低盲区的目的。
采用双光纤探测技术直接将两个回波信号进行耦合，避免信号拼接带来的稳定性差和跃变的影响。利用在主轴光纤基础上增加一个旁轴光纤，即为光纤阵列来实现激光雷达系统盲区的压制，不仅可以应用在不同轴收发系统中，更适合同轴收发系统中。
本发明的优点是：本发明应用在主轴光纤基础上增加一个旁轴光纤，来实现激光雷达探测盲区的压制目的，这种探测技术实现起来不仅机构稳定性较目前探测技术而言有明显的提高，而且采用双光纤探测技术直接将两个回波信号进行耦合，避免信号拼接带来的稳定性差和跃变的影响。
附图说明
图1为本发明的工作原理结构图。
图2离轴反射、接收光学系统盲区光线追迹模拟结果图。
图3 双光纤离轴光学系统盲区光线追迹模拟结果图。
具体实施方式
如图1所示，一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统，包括有发射光学系统和接收光学系统，所述的发射光学系统向大气中发射光信号，经过大气后产生的后向散射信号被接收光学系统所接收，在所述的接收光学系统的焦平面处放置有主轴光纤1和旁轴光纤2，所述的接收光纤系统所接收的散射信号通过主轴光纤1和旁轴光纤2发送出去。
所述的发射光学系统包括有Nd：YAG激光器3、扩束镜4、反射棱镜一5和反射棱镜二8，所述的Nd：YAG激光器3发射出的激光，依次经过扩束镜4、反射棱镜一5和反射棱镜二8后射向大气中。
所述的接收光学系统包括有牛顿式望远镜6和聚焦镜7，所述的主轴光纤1和旁轴光纤2均位于聚焦镜7的焦平面处，经过大气后产生的后向散射信号被牛顿式望远镜6接收并反射到聚焦镜7上，光信号经过聚焦镜聚焦后，被主轴光纤1和旁轴光纤2发送出去。
如下图1所示导光镜可以将发射光学系统和接收光学系统处于同轴状态。
由于激光雷达目前发展的需求，技术的发展方向是如何提高系统接收效率和系统的稳定性，所以目前大口径接收光学系统被广泛应用，但是大口径光学系统必带来盲区过大的影响。如图2所示，由于接收光学系统的假设口径为305mm，所以当采用不同心同轴时发射和接收光学系统的中心距为260mm时，进行光线追迹得到的结果显示，整个系统的两个系统在560米处才出现光线相交，所以整个系统的盲区为560米。
这种离轴大口径光学系统所带来的盲区过大问题，是激光雷达探测技术急需解决的问题，本发明利用双光纤探测技术，很好的解决这一问题，而且采用双光纤探测技术直接将两个回波信号进行耦合，避免信号拼接带来的稳定性差和跃变的影响。
为了控制激光雷达系统的盲区，本发明专利在离轴发射接收光学基础上，利用光纤进行信号传输并代替小孔光阑实现空间滤波的目的。在接收光学系统焦平面处放置双光纤的形式，等效于在原有激光雷达视场的基础上，增加一个视场可以达到双视场降低盲区的目的。为了更好说明增加旁轴光纤对盲区的影响，本发明在离轴收发系统基础上进行光线追迹，如图3所示。在将近100米处的高度发射视场就开始进入双光纤接收光学系统，所以在单光纤离轴发射接收的基础上大大降低了盲区高度。当采用同轴接收发射光学系统与双光纤结构探测方式时，边界层激光雷达的探测盲区可以减小到60米左右。

Claims (1)

1.一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统，其特征在于：包括有发射光学系统和接收光学系统，所述的发射光学系统向大气中发射光信号，经过大气后产生的后向散射信号被接收光学系统所接收，在所述的接收光学系统的焦平面处放置有主轴光纤和旁轴光纤，所述的接收光学系统所接收的散射信号通过主轴光纤和旁轴光纤发送出去；
所述的发射光学系统包括有Nd：YAG激光器、扩束镜、反射棱镜一和反射棱镜二，所述的Nd：YAG激光器发射出的激光，依次经过扩束镜、反射棱镜一和反射棱镜二后射向大气中；
所述的接收光学系统包括有牛顿式望远镜和聚焦镜，所述的主轴光纤和旁轴光纤均位于聚焦镜的焦平面处，经过大气后产生的后向散射信号被牛顿式望远镜接收并反射到聚焦镜上，光信号经过聚焦镜聚焦后，被主轴光纤和旁轴光纤发送出去。
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