CN109975790A - 一种多波长激光雷达的接收装置 - Google Patents

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王璞
侯玉斌
张倩
齐恕贤
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Abstract

本发明公开了一种多波长激光雷达的接收装置，属于激光雷达领域。该装置与多波长激光雷达配套使用，多波长激光雷达包括准直器、光栅、波分复用器、多波长激光器、光学分束器、环形器、光电探测器、数据采集卡和计算机。利用光栅和准直器实现了激光信号发射和接收的光路共线问题，大大提高了激光雷达的探测能力和探测结果的准确性。相对于传统的接收装置，该装置结构简单、紧凑、易校准、稳定性好。

Description

一种多波长激光雷达的接收装置
技术领域
本发明公开了一种多波长激光雷达的接收装置，属于激光雷达领域。
背景技术
激光雷达的应用十分广泛，涉及到多个学科领域，无论在军事上还是在民用上都有广阔的应用前景。在军事方面：激光雷达可用于巡航导弹的制导和导航、测距系统、用于低飞目标跟踪测量、用于目标飞行姿态的测量、侦测化学、生物战剂和水下定位及通讯等随1钔。在民用方面：激光雷达可用于大气遥感和大气测量、测量大气臭氧、工业生产中的险情预报、测绘和大地测量、车辆防撞、机器人视觉、无损检测和医疗诊断等领域。激光雷达技术已取得了令人瞩目的研究和应用成果。
激光雷达主要由激光脉冲发射系统、目标信号接收系统及后续数字信号采集与处理成像系统三大部分组成。接收系统是接收由目标漫反射回来的极弱的激光脉冲，把它转换为电脉冲信号并加以放大。接收系统决定了激光雷达的探测能力和探测结果的准确性。
发明内容
本发明的目的在于设计了一种多波长激光雷达的接收装置，通过该装置实现对于激光雷达的探测能力和探测结果提升。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种多波长激光雷达的接收装置，该装置与多波长激光雷达配套使用，多波长激光雷达包括多波长激光器(1)，光学分束器(2)，环形器(3)，分光器(4)，波分复用器(5)，光电探测器(6)，数据采集卡(7)和计算机(8)。多波长激光器(1)射出的激光经过光学分束器(2)分为两束，一束作为本振，另一束进入环形器(3)的1口，从环形器(3)的2口出射，环形器(3)的2口与分光器(4)相连，多波长激光利用分光器 (4)的分光作用，五个波长分别同时向待测目标发射激光，根据待测目标反射和散射回的信号再次经过分光器利用光路可逆原理，将五个波长的激光合束，回波信号经过环形器(3)的3口进入密集波分复用器(5)进行分束，五个波长的光分别与本振光进行拍频，后经过光电探测器(6)实现光电信号的转换，电信号进入数据采集卡(7) 中，数据采集卡(7)中的数据经过计算机(8)进行处理，通过计算待测目标反射回的多波长信号激光与本地多波长激光之间的时间差，绘制出含有目标物体信息的三维图像。
该接收装置包括准直器(9)和光栅(10)，向待测目标发射激光经过准直器(9)后发射到光栅(10)上，光栅(10)将不同波长的激光进行分离，分离后的不同波长激光分别向待测目标发射，待测目标对发射来的激光信号进行反射，反射回来的回波信号，根据光路可逆原理，将不同波长的回波信号原路发射回到光栅(10)上，光栅(10) 又将这些回波信号反射到环形器(3)上并进入密集波分复用器(4)，最后到达光电转换器(6)将光信号转换为电信号。
多波长激光器(1)是固体激光器、半导体激光器、光纤激光器、气体激光器或拉曼激光器。
多波长激光器(1)的波长范围可以从紫外到红外。
多波长激光器(1)的激光信号经发射望远镜扩束并压缩射向目标，光学分束器(2)将激光雷达收集到的不同波长的激光回波信号进行分离，并输入到光电转换器上进行信号转换，最后通过高速A/D 转换成数字信号进入计算机(8)进行信号处理。
其中，激光雷达的激光发射光路与回波信号的光路是基本重合的，这种信号收发共线的设计是保证激光雷达接受信息正确与否的重要指标，也是光路调整中比较复杂的一项技术工作，若调整不好，会大大影响激光雷达的探测能力和探测结果的准确性。
附图说明
图1为激光雷达的一般原理方框图。
图2为多波长激光雷达的原理图。
图3为信号接收系统的结构示意图。
图中：1、多波长激光器，2、光学分束器，3、环形器，4、分光器，5、波分复用器，6、光电探测器，7、数据采集卡，8、计算机， 9、准直器，10、光栅。
具体实施方式
图1是激光雷达的一般原理方框图。通常激光雷达是由发射系统、信号处理系统和接收系统组成的。
所提到的激光发射系统是由激光器和发射望远镜等组成的。激光器发出的激光脉冲信号经过发射望远镜发出，信号在大气中传输，受到的散射和衰减的作用，到达待测目标而被反射。其中后向的回波信号将反射回激光雷达，由雷达的接收系统接收。信号接收系统主要有接收望远镜和光电转换等部分。最终到达信号处理系统，进行数据的处理和分析，从而得到待测目标的参数和信息。
图2所示为多波长激光雷达的原理图。图中，多波长激光雷达包括：多波长激光器(1)，光学分束器(2)，环形器(3)，分光器(4)，波分复用器(5)，光电探测器(6)，数据采集卡(7)和计算机(8)组成。
图2中所选用的多波长激光器(1)可以是固体激光器、半导体激光器，也可以是光纤激光器、气体激光器或拉曼激光器。激光器的波长范围可以从紫外到红外。激光信号经发射望远镜扩束并压缩射向目标，分光镜将激光雷达收集到的不同波长的激光回波信号进行分离，并输入到光电转换器上进行信号转换，最后通过高速A/D抓换成数字信号进入计算机进行信号处理。
图3是信号接收系统的结构示意图。激光信号经过准直器(9) 后发射到光栅(10)上，光栅将不同波长的激光进行分离，分离后的不同波长激光分别向待测目标发射，待测目标对发射来的激光信号进行反射，反射回来的回波信号，根据光路可逆原理，可以将不同波长的回波信号原路发射回到光栅上，光栅又将这些回波信号反射到环形器(3)的3端口进入密集波分复用器(4)，最后到达光电转换器(6) 将光信号转换为电信号。
其中，激光雷达的激光发射光路与回波信号的光路是基本重合的，这种信号收发共线的设计是保证激光雷达接受信息正确与否的重要指标，也是光路调整中比较复杂的一项技术工作，若调整不好，会大大影响激光雷达的探测能力和探测结果的准确性。

Claims (4)

1.一种多波长激光雷达的接收装置，其特征在于：该装置与多波长激光雷达配套使用，多波长激光雷达包括多波长激光器(1)，光学分束器(2)，环形器(3)，分光器(4)，波分复用器(5)，光电探测器(6)，数据采集卡(7)和计算机(8)；多波长激光器(1)射出的激光经过光学分束器(2)分为两束，一束作为本振，另一束进入环形器(3)的1口，从环形器(3)的2口出射，环形器(3)的2口与分光器(4)相连，多波长激光利用分光器(4)的分光作用，五个波长分别同时向待测目标发射激光，根据待测目标反射和散射回的信号再次经过分光器利用光路可逆原理，将五个波长的激光合束，回波信号经过环形器(3)的3口进入密集波分复用器(5)进行分束，五个波长的光分别与本振光进行拍频，后经过光电探测器(6)实现光电信号的转换，电信号进入数据采集卡(7)中，数据采集卡(7)中的数据经过计算机(8)进行处理，通过计算待测目标反射回的多波长信号激光与本地多波长激光之间的时间差，绘制出含有目标物体信息的三维图像；
该接收装置包括准直器(9)和光栅(10)，向待测目标发射激光经过准直器(9)后发射到光栅(10)上，光栅(10)将不同波长的激光进行分离，分离后的不同波长激光分别向待测目标发射，待测目标对发射来的激光信号进行反射，反射回来的回波信号，根据光路可逆原理，将不同波长的回波信号原路发射回到光栅(10)上，光栅(10)又将这些回波信号反射到环形器(3)上并进入密集波分复用器(4)，最后到达光电转换器(6)将光信号转换为电信号。
2.根据权利要求1所述的一种多波长激光雷达的接收装置，其特征在于：多波长激光器(1)是固体激光器、半导体激光器、光纤激光器、气体激光器或拉曼激光器。
3.根据权利要求1所述的一种多波长激光雷达的接收装置，其特征在于：多波长激光器(1)的波长范围可以从紫外到红外。
4.根据权利要求1所述的一种多波长激光雷达的接收装置，其特征在于：多波长激光器(1)的激光信号经发射望远镜扩束并压缩射向目标，光学分束器(2)将激光雷达收集到的不同波长的激光回波信号进行分离，并输入到光电转换器上进行信号转换，最后通过高速A/D转换成数字信号进入计算机(8)进行信号处理。
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