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

一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109270514B
CN109270514B CN201811421582.5A CN201811421582A CN109270514B CN 109270514 B CN109270514 B CN 109270514B CN 201811421582 A CN201811421582 A CN 201811421582A CN 109270514 B CN109270514 B CN 109270514B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
optical system
optical fiber
fiber
double
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.)
Active
Application number
CN201811421582.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109270514A (zh
Inventor
刘洋
张天舒
赵雪松
付毅宾
陈臻毅
范广强
董云生
于康龙
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 CN201811421582.5A priority Critical patent/CN109270514B/zh
Publication of CN109270514A publication Critical patent/CN109270514A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109270514B publication Critical patent/CN109270514B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4818Constructional features, e.g. arrangements of optical elements using optical fibres
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

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

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。
CN201811421582.5A 2018-11-26 2018-11-26 一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统 Active CN109270514B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811421582.5A CN109270514B (zh) 2018-11-26 2018-11-26 一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811421582.5A CN109270514B (zh) 2018-11-26 2018-11-26 一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109270514A CN109270514A (zh) 2019-01-25
CN109270514B true CN109270514B (zh) 2023-04-25

Family

ID=65191615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811421582.5A Active CN109270514B (zh) 2018-11-26 2018-11-26 一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109270514B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1967284A (zh) * 2006-09-14 2007-05-23 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光雷达透射式双焦距收发光学系统
CN101520512A (zh) * 2009-03-04 2009-09-02 中国科学院武汉物理与数学研究所 全天时全高程大气探测激光雷达
CN203745642U (zh) * 2014-03-22 2014-07-30 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于y型光纤束的共轴微脉冲激光雷达装置
CN105408764A (zh) * 2013-05-06 2016-03-16 丹麦科技大学 同轴直接检测lidar系统
CN105785341A (zh) * 2016-05-03 2016-07-20 中国科学院上海技术物理研究所 一种提高回波动态范围的新型双通道激光雷达接收系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1967284A (zh) * 2006-09-14 2007-05-23 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光雷达透射式双焦距收发光学系统
CN101520512A (zh) * 2009-03-04 2009-09-02 中国科学院武汉物理与数学研究所 全天时全高程大气探测激光雷达
CN105408764A (zh) * 2013-05-06 2016-03-16 丹麦科技大学 同轴直接检测lidar系统
CN203745642U (zh) * 2014-03-22 2014-07-30 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于y型光纤束的共轴微脉冲激光雷达装置
CN105785341A (zh) * 2016-05-03 2016-07-20 中国科学院上海技术物理研究所 一种提高回波动态范围的新型双通道激光雷达接收系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高空钠层、钾层同时探测的激光雷达;程学武等;《中国激光》;20110228;第38卷(第2期);第0214001-2页右栏第2段至0214001-3页左栏第1段,图1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109270514A (zh) 2019-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN214895810U (zh) 分光装置和激光雷达
EP4191282A1 (en) Optical system of laser radar and laser radar system
CN204044359U (zh) 一种二维扫描式激光测距装置
CN110488247A (zh) 一种二维mems扫描振镜激光雷达系统
CN109031244A (zh) 一种激光雷达同轴光学系统及激光雷达
CN208672797U (zh) 一种激光雷达同轴光学系统及激光雷达
CN104597436A (zh) 一种应用于成像激光雷达的光谱分光装置
CN104914445A (zh) 用于激光雷达的复合式扫描系统
CN107367736B (zh) 一种高速激光测距装置
CN106291580A (zh) 激光雷达成像系统
CN107765426B (zh) 基于对称离焦双探测器的自聚焦激光扫描投影装置
CN107015237A (zh) 一种回波探测光学系统
CN109239693B (zh) 收发共路扫描激光雷达
CN109814084B (zh) 激光雷达系统
CN109343030A (zh) 扫描结构与激光雷达及交通工具
CN111796257B (zh) 一种适用于智能产线的激光雷达全自动检测系统
CN106383354A (zh) 一种无盲区同轴装置
CN113156401B (zh) 一种收发分置激光雷达光学系统
WO2017193681A1 (zh) 一种用于激光干涉仪测量远距离的光学系统
CN105652261A (zh) 激光雷达光学系统及激光雷达
CN111398969A (zh) 一种激光雷达及其收发装置
CN206960659U (zh) 一种回波探测光学系统
CN104483105A (zh) 一种像素间串扰检测系统及方法
CN109270514B (zh) 一种实现双视场低盲区探测的双光纤激光雷达系统
CN208255404U (zh) 基于光纤耦合探测器阵列的焦平面接收系统

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