CN112285736B - 一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统及方法 - Google Patents
一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112285736B CN112285736B CN202011140652.7A CN202011140652A CN112285736B CN 112285736 B CN112285736 B CN 112285736B CN 202011140652 A CN202011140652 A CN 202011140652A CN 112285736 B CN112285736 B CN 112285736B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- path
- subunit
- laser
- detection
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 111
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 67
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 40
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 27
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 claims description 16
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 3
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 claims description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- -1 rain Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
Images
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
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- 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
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
- G01S7/4876—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection by removing unwanted signals
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
本发明公开一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统及方法，所述系统包括：发射端、接收端、本地光电探测器、信号处理单元、三维测量单元；发射端用于生成脉冲激光光束分束，得到透射激光、反射激光；本地光电探测器用于将反射激光转换为电信号，作为参考电信号；接收端用于接收若干路被探测目标反射回来的探测信号并转换为电脉冲信号；信号处理单元基于参考电信号、各路电脉冲信号的光子到达时间序列，获取横向延迟时间和纵向延迟时间；三维测量单元用于根据横向延迟时间、纵向延迟时间，获取探测目标的三维位置和三维构型图像，完成激光雷达探测。本发明能够适用于雨、雾、云和霾等极端气候条件下激光雷达的全天候高精度探测。
Description
技术领域
本发明涉及激光遥感应用技术领域，特别是涉及一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统及方法。
背景技术
激光雷达具有测量精度高、抗电磁干扰能力强、定向性好等优点，近些年来在无人驾驶、车载传感、激光通信、遥感成像、定位制导和航空航天等国民经济和军事国防领域，发挥越来越重要的作用。然而，激光信号在大气中传输时，大气中的雨、雾、尘霾和云雪等气溶胶粒子以及大气湍流与激光发生相互作用，会产生散射、吸收、展宽和漂移等线性与非线性效应，使接收端的激光功率减小、光斑廓形发生变化，导致系统性能下降，严重时甚至造成失效。因此，如何克服极端气候因素对激光雷达系统的影响，实现全天候的激光探测，是当前激光雷达技术研究亟待解决的难点。
电子科技大学刘青龙等提出了一种能够提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法，在激光雷达中引入毫米波雷达作为辅助探测手段对目标点进行联合探测，提高激光雷达在恶劣环境下的测距精度，但是该方法在极端天气下以毫米波雷达为主，存在抗电磁干扰能力弱、方向性差和测量精度低的缺陷。
上海大学田应仲等提出了一种在下雨环境下，激光雷达数据的抗干扰处理方法，该方法利用算法实现在下雨环境下图像数据中错误点筛选与剔除，但是其仅能适用于稀疏雨滴的环境下激光雷达数据的抗干扰处理，否则会导致图像严重失真，无法应用于暴雨、雾、尘霾和云雪等恶劣环境。
浙江大学沈永行等提出了一种基于强关联量子成像原理的激光雷达，利用非线性下转换光学器件生成有强关联特性特性的纠缠光子对，实现激光雷达的超分辨成像，但是该方法产生的纠缠光子对在恶劣天气下会退相干失去关联特性，无法实现全天候激光探测。
综上，有必要提出一种能够克服极端气候因素对激光雷达系统的影响的全天候激光雷达探测系统及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统及方法，以解决现有技术中存在的技术问题，利用双光子强度关联特性，大幅降低光程差对目标探测精度的干扰，使激光雷达成像质量不受恶劣天气和低光照等情况影响，能够适用于雨、雾、云和霾等极端气候条件下车载和机载激光雷达的全天候高精度探测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统，包括发射端、接收端、本地光电探测器、信号处理单元、三维测量单元；所述发射端分别与所述接收端、本地光电探测器连接；所述接收端、本地光电探测器分别与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述三维测量单元连接；
所述发射端用于生成脉冲激光光束，并将所述脉冲激光光束进行分束，得到透射激光、反射激光两束激光；所述透射激光用作探测信号，对探测目标进行探测；
所述本地光电探测器用于将所述反射激光由光信号转换为电信号，作为参考电信号；
所述接收端用于接收若干路被所述探测目标反射回来的探测信号，并分别对各路探测信号进行信号处理后转换为电脉冲信号；
所述信号处理单元用于对各路电脉冲信号进行去污处理、打时间戳处理，获得各路电脉冲信号的光子到达时间序列，并基于所述参考电信号、各路电脉冲信号的光子到达时间序列，获取各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，以及参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间；
所述三维测量单元用于根据各路电脉冲信号之间的横向延迟时间、参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间，获取所述探测目标的三维位置和三维构型图像，完成激光雷达探测。
优选地，所述发射端包括：脉冲激光光源、非等比分束器和扩束器；
所述脉冲激光光源用于生成单色纳秒脉冲激光光束；
所述非等比分束器用于将所述单色纳秒脉冲激光光束分成透射激光、反射激光两束激光；所述反射激光用作参考光信号，所述透射激光用作探测信号，对探测目标进行探测；
所述扩束器用于对所述透射激光进行扩束放大。
优选地，所述接收端包括若干个独立的探测分系统阵列；每个所述探测分系统阵列包括：光学聚焦子单元、窄带滤光子单元和单光子探测器；
所述光学聚焦子单元用于对被所述探测目标反射回来的探测信号进行聚束处理，以提高信号的信噪比；
所述窄带滤光子单元采用干涉滤光片，对聚束处理后的信号进行窄带滤光，实现降噪；
所述单光子探测器用于将降噪处理后的光信号转换为电脉冲信号。
优选地，所述信号处理单元包括信号去污子单元、多路时间相关单光子计数子单元、处理子单元；
所述信号去污子单元用于对所述电脉冲信号进行去污处理；
所述多路时间相关单光子计数子单元用于对各路去污处理后的电脉冲信号分别进行打时间戳处理，获得各路电脉冲信号的光子到达时间序列；
所述处理子单元用于根据所述参考电信号、各路电脉冲信号的光子到达时间序列，获取各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，以及参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间。
优选地，所述参考电信号作为所述处理子单元的开始信号，各路电脉冲信号的所述光子到达时间序列作为所述处理子单元的停止信号，通过各路电脉冲信号的光子到达时间序列与所述参考电信号的时间差得到各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间。
优选地，所述三维测量单元包括第一噪声滤除子单元、测距子单元、第二噪声滤除子单元、多路方向角关联测量子单元、三维匹配子单元；
所述第一噪声滤除子单元采用纵向噪声滤除算法对参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间进行降噪处理；
所述第二噪声滤除子单元采用空间噪声滤除算法对各路电脉冲信号之间的横向延迟时间进行降噪处理；
所述测距子单元基于所述第一噪声滤除子单元降噪处理后的参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间，获取所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离；
所述多路方向角关联测量子单元基于所述第二噪声滤除子单元降噪处理后的各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，获取所述探测目标相对于雷达参考系的二维方位角；
所述三维匹配子单元联合同一时刻所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离、二维方位角，得到所述探测目标的三维位置和三维构型图像。
本发明还提供一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测方法，包括如下步骤：
S1、通过雷达发射端生成生成脉冲激光光束，并将所述脉冲激光光束进行分束，得到透射激光、反射激光两束激光；
S2、通过本地光电探测器将所述反射激光转换为电信号，作为参考电信号；
S3、将所述透射激光进行扩束放大，并通过放大后的所述透射激光对探测目标进行探测，得到探测信号；
S4、通过雷达接收端获取若干路探测信号，并分别对各路探测信号进行信号处理，将处理后的探测信号转换为电脉冲信号；
S5、对各路电脉冲信号分别进行去污处理、打时间戳处理，获得各路电脉冲信号的光子到达时间序列；
S6、基于所述参考电信号、各路电脉冲信号的光子到达时间序列获取各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，以及参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间；
S7、根据各路电脉冲信号之间的横向延迟时间、参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间，获取所述探测目标的三维位置和三维构型图像，完成激光雷达探测。
优选地，所述步骤S4中，信号处理包括聚束处理、窄带滤光处理。
优选地，所述步骤S6具体包括：
将所述参考电信号作为开始信号，将各路电脉冲信号的光子到达时间序列作为停止信号，通过各路电脉冲信号的光子到达时间序列与所述参考电信号的时间差得到各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间。
优选地，所述步骤S7具体包括：
S7.1、采用纵向噪声滤除算法对参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间进行降噪处理，并采用空间噪声滤除算法对各路电脉冲信号之间的横向延迟时间进行降噪处理；
S7.2、基于降噪处理后的参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间获取所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离；
S7.3、基于降噪处理后的各路电脉冲信号之间的横向延迟时间获取所述探测目标相对于雷达参考系的二维方位角；
S7.4、联合同一时刻所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离、二维方位角，得到所述探测目标的三维位置和三维构型图像。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明基于光子强度关联测量中双光子强度关联的特性，利用光场强度涨落而不是相位信息实现目标探测，从而降低光程差对目标探测精度的干扰，使激光雷达探测精度不受恶劣天气和低光照等情况影响，从而能够在雨、雾、云和霾等极端气候条件下，实现激光雷达全天候目标探测；
(2)本发明采用分布式独立探测系统的设计使得等效光学口径增加2-3个数量级，从而提高了信号增益和分辨率衍射极限，降低了光学散粒噪声；同时利用单光子计数技术，降低电子响应宽度，比传统光电探测器计时精度提高1个数量级，大幅提升了三维定位精度，能够实现高分辨率三维激光探测；
(3)本发明利用对多个独立探测系统信号进行多路符合测量，通过纵向延迟时间和横向延迟时间能够有效地消除杂散光和信号随机噪声的影响，提高测量信号的信噪比；同时利用单光子探测技术，比传统光电探测器的灵敏度提高2-3个数量级，最终使得该激光雷达系统的探测距离有数量级提升，能够实现远距离的目标探测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统结构示意图；
图2为本发明基于光子强度关联的全天候激光雷达探测方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1所示，本实施例提供一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统，包括：发射端、接收端、本地光电探测器、信号处理单元、三维测量单元；所述发射端分别与所述接收端、本地光电探测器连接；所述接收端、本地光电探测器分别与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述三维测量单元连接。
所述发射端用于生成脉冲激光光束，并将所述脉冲激光光束进行分束，得到透射激光、反射激光两束激光；
所述发射端包括：脉冲激光光源、非等比分束器和扩束器；
所述脉冲激光光源用于生成单色纳秒脉冲激光光束；
所述非等比分束器用于将所述单色纳秒脉冲激光光束分成透射激光、反射激光两束激光；所述反射激光为弱光束，用作参考光信号；所述透射激光为强光束，用作探测信号，对探测目标进行探测；其中，若光束的功率为强光束功率的5％；
所述扩束器用于对所述透射激光进行扩束放大。
所述本地光电探测器用于将所述反射激光由光信号转换为电信号，作为参考电信号，并传送至所述信号处理单元。
所述接收端用于接收若干路被所述探测目标反射回来的探测信号，并分别对各路探测信号进行信号处理后转换为电脉冲信号传送至所述信号处理单元；
所述接收端包括若干个独立的探测分系统阵列；每个所述探测分系统阵列包括：光学聚焦子单元、窄带滤光子单元和单光子探测器；
所述光学聚焦子单元用于对被所述探测目标反射回来的探测信号进行聚束处理，以提高信号的信噪比；
所述窄带滤光子单元采用干涉滤光片，对聚束处理后的信号进行窄带滤光，实现降噪；
所述单光子探测器用于将降噪处理后的光信号转换为电脉冲信号。
所述信号处理单元用于对各路电脉冲信号进行去污处理、打时间戳处理，获得各路电脉冲信号的光子到达时间序列，并基于所述参考电信号、各路电脉冲信号的光子到达时间序列，获取各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，以及参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间；
所述信号处理单元包括信号去污子单元、多路时间相关单光子计数子单元、处理子单元；
所述信号去污子单元用于对所述电脉冲信号进行去污处理；所述信号去污子单元基于波形匹配和电压幅值进行降噪去污。
所述多路时间相关单光子计数子单元用于对各路去污处理后的电脉冲信号分别进行打时间戳处理，获得各路电脉冲信号的光子到达时间序列；
所述处理子单元用于根据所述参考电信号、各路电脉冲信号的光子到达时间序列，获取各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，以及参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间，并传送至所述三维测量单元；具体地，所述参考电信号作为所述处理子单元的开始信号，各路电脉冲信号的所述光子到达时间序列作为所述处理子单元的停止信号，通过各路电脉冲信号的光子到达时间序列与所述参考电信号的时间差得到参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间；
所述三维测量单元用于根据各路电脉冲信号之间的横向延迟时间、参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间，获取所述探测目标的三维位置和三维构型图像，完成激光雷达探测；
所述三维测量单元包括第一噪声滤除子单元、测距子单元、第二噪声滤除子单元、多路方向角关联测量子单元、三维匹配子单元；
所述第一噪声滤除子单元采用纵向噪声滤除算法对参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间进行降噪处理；
所述第二噪声滤除子单元采用空间噪声滤除算法对各路电脉冲信号之间的横向延迟时间进行降噪处理；
所述测距子单元基于所述第一噪声滤除子单元降噪处理后的参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间，获取所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离；所述测距子单元通过将纵向延迟时间代入距离测量方程进行解算，得到探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离；
所述多路方向角关联测量子单元基于所述第二噪声滤除子单元降噪处理后的各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，获取所述探测目标相对于雷达参考系的二维方位角；所述多路方向角关联测量子单元通过将横向延迟时间代入方位角测量方程进行解算，探测目标相对于雷达参考系的二维方位角；
所述三维匹配子单元联合同一时刻所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离、二维方位角，得到所述探测目标的三维位置和三维构型图像。
参照图2所示，本实施例提供一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测方法，具体包括如下步骤：
S1、通过雷达发射端生成生成脉冲激光光束，并将所述脉冲激光光束进行分束，得到透射激光、反射激光两束激光；
所述反射激光为弱光束，用作参考光信号；所述透射激光为强光束，用作探测信号，对探测目标进行探测；其中，若光束的功率为强光束功率的5％；
S2、通过本地光电探测器将所述反射激光转换为电信号，作为参考电信号；
S3、将所述透射激光进行扩束放大，并通过放大后的所述透射激光对探测目标进行探测，得到探测信号；具体包括：
将放大后的所述透射激光辐射进入大气，所述透射激光与大气中的气溶胶粒子以及大气湍流发生相互作用后到达所述探测目标；通过所述探测目标对所述透射激光进行反射，使所述透射激光再次与大气中的气溶胶粒子以及大气湍流发生相互作用，得到探测信号。
S4、通过雷达接收端获取若干路探测信号，并分别对各路探测信号进行信号处理，将处理后的探测信号转换为电脉冲信号；
所述信号处理包括聚束处理、窄带滤光处理；所述窄带滤光处理采用干涉滤光片完成。
S5、对各路电脉冲信号分别进行去污处理、打时间戳处理，获得各路电脉冲信号的光子到达时间序列；
S6、基于所述参考电信号、各路电脉冲信号的光子到达时间序列获取各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，以及参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间；纵向延迟时间的获取方法具体包括：
将所述参考电信号作为开始信号，将各路电脉冲信号的光子到达时间序列作为停止信号，通过各路电脉冲信号的光子到达时间序列与所述参考电信号的时间差得到参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间。
S7、根据各路电脉冲信号之间的横向延迟时间、参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间，获取所述探测目标的三维位置和三维构型图像，完成激光雷达探测；具体包括：
S7.1、采用纵向噪声滤除算法对参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间进行降噪处理，并采用空间噪声滤除算法对各路电脉冲信号之间的横向延迟时间进行降噪处理；
S7.2、基于降噪处理后的参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间获取所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离；
S7.3、基于降噪处理后的各路电脉冲信号之间的横向延迟时间获取所述探测目标相对于雷达参考系的二维方位角；
S7.4、联合同一时刻所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离、二维方位角，得到所述探测目标的三维位置和三维构型图像。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统，其特征在于，包括发射端、接收端、本地光电探测器、信号处理单元、三维测量单元；所述发射端分别与所述接收端、本地光电探测器连接；所述接收端、本地光电探测器分别与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述三维测量单元连接；
所述发射端用于生成脉冲激光光束，并将所述脉冲激光光束进行分束，得到透射激光、反射激光两束激光；所述透射激光用作探测信号，对探测目标进行探测；
所述本地光电探测器用于将所述反射激光由光信号转换为电信号，作为参考电信号；
所述接收端用于接收若干路被所述探测目标反射回来的探测信号，并分别对各路探测信号进行信号处理后转换为电脉冲信号；
所述信号处理单元用于对各路电脉冲信号进行去污处理、打时间戳处理，获得各路电脉冲信号的光子到达时间序列，并基于所述参考电信号、各路电脉冲信号的光子到达时间序列，获取各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，以及参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间；
所述三维测量单元用于根据各路电脉冲信号之间的横向延迟时间、参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间，获取所述探测目标的三维位置和三维构型图像，完成激光雷达探测；
所述三维测量单元包括第一噪声滤除子单元、测距子单元、第二噪声滤除子单元、多路方向角关联测量子单元、三维匹配子单元；
所述第一噪声滤除子单元采用纵向噪声滤除算法对参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间进行降噪处理；
所述第二噪声滤除子单元采用空间噪声滤除算法对各路电脉冲信号之间的横向延迟时间进行降噪处理；
所述测距子单元基于所述第一噪声滤除子单元降噪处理后的参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间，获取所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离；
所述多路方向角关联测量子单元基于所述第二噪声滤除子单元降噪处理后的各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，获取所述探测目标相对于雷达参考系的二维方位角；
所述三维匹配子单元联合同一时刻所述探测目标相对于雷达系统参考系的纵向距离、二维方位角，得到所述探测目标的三维位置和三维构型图像。
2.根据权利要求1所述的基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统，其特征在于，所述发射端包括：脉冲激光光源、非等比分束器和扩束器；
所述脉冲激光光源用于生成单色纳秒脉冲激光光束；
所述非等比分束器用于将所述单色纳秒脉冲激光光束分成透射激光、反射激光两束激光；所述反射激光用作参考光信号，所述透射激光用作探测信号，对探测目标进行探测；
所述扩束器用于对所述透射激光进行扩束放大。
3.根据权利要求1所述的基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统，其特征在于，所述接收端包括若干个独立的探测分系统阵列；每个所述探测分系统阵列包括：光学聚焦子单元、窄带滤光子单元和单光子探测器；
所述光学聚焦子单元用于对被所述探测目标反射回来的探测信号进行聚束处理，以提高信号的信噪比；
所述窄带滤光子单元采用干涉滤光片，对聚束处理后的信号进行窄带滤光，实现降噪；
所述单光子探测器用于将降噪处理后的光信号转换为电脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统，其特征在于，所述信号处理单元包括信号去污子单元、多路时间相关单光子计数子单元、处理子单元；
所述信号去污子单元用于对所述电脉冲信号进行去污处理；
所述多路时间相关单光子计数子单元用于对各路去污处理后的电脉冲信号分别进行打时间戳处理，获得各路电脉冲信号的光子到达时间序列；
所述处理子单元用于根据所述参考电信号、各路电脉冲信号的光子到达时间序列，获取各路电脉冲信号之间的横向延迟时间，以及参考电信号与各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间。
5.根据权利要求4所述的基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统，其特征在于，所述参考电信号作为所述处理子单元的开始信号，各路电脉冲信号的所述光子到达时间序列作为所述处理子单元的停止信号，通过各路电脉冲信号的光子到达时间序列与所述参考电信号的时间差得到各路电脉冲信号之间的纵向延迟时间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011140652.7A CN112285736B (zh) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | 一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011140652.7A CN112285736B (zh) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | 一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112285736A CN112285736A (zh) | 2021-01-29 |
| CN112285736B true CN112285736B (zh) | 2022-05-03 |
Family
ID=74424127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011140652.7A Expired - Fee Related CN112285736B (zh) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | 一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112285736B (zh) |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101846745B (zh) * | 2010-05-07 | 2012-12-26 | 浙江大学 | 基于强关联量子成像原理的激光雷达 |
| EP2755327A4 (en) * | 2011-10-25 | 2015-11-04 | Ct Space Sci & Applied Res Cas | MULTI-DIMENSIONAL MULTI-DIMENSIONAL IMAGING SYSTEM AND METHOD WITH TEMPORARY RESOLUTION OR ULTRA-LIGHT LIGHT |
| CN105242280B (zh) * | 2014-07-08 | 2017-07-28 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种基于光学参量过程的关联成像装置和方法 |
| CN104166142B (zh) * | 2014-08-08 | 2016-06-01 | 华东师范大学 | 一种多元光子计数激光测距的三维成像系统 |
| CN105607073A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种采用相邻像元阈值法实时滤噪的光子计数成像激光雷达 |
| JP6789541B2 (ja) * | 2017-03-17 | 2020-11-25 | スタンレー電気株式会社 | レーザーレーダー装置 |
| WO2018221048A1 (ja) * | 2017-05-31 | 2018-12-06 | シャープ株式会社 | ３次元画像素子および光レーダー装置 |
| CN107272020B (zh) * | 2017-07-19 | 2020-06-09 | 哈尔滨工业大学 | 基于Gm-APD的高灵敏偏振激光雷达系统 |
| CN109391325B (zh) * | 2018-11-06 | 2020-09-29 | 中国空间技术研究院 | 基于单光子的可见光定位系统、方法和装置 |
| US20200284907A1 (en) * | 2019-03-08 | 2020-09-10 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Systems, methods, and media for single photon depth imaging with improved precision in ambient light |
| CN110940992B (zh) * | 2019-11-02 | 2020-10-30 | 复旦大学 | 可提高激光雷达探测距离和精度的信号检测方法和系统 |
-
2020
- 2020-10-22 CN CN202011140652.7A patent/CN112285736B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112285736A (zh) | 2021-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109164430B (zh) | 利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的系统及方法 | |
| CN107703517B (zh) | 机载多光束光学相控阵激光三维成像雷达系统 | |
| CN101776760A (zh) | 一种基于单光子探测器的激光三维成像装置 | |
| CN107272020B (zh) | 基于Gm-APD的高灵敏偏振激光雷达系统 | |
| CN101839981B (zh) | 激光成像回波波形和层次特征获取方法及装置 | |
| Geibig et al. | Compact 3D imaging radar based on FMCW driven frequency-scanning antennas | |
| CN107688187B (zh) | 基于空间波长编码的目标探测激光雷达 | |
| US9664781B2 (en) | Time-gated image reconstruction using phase conjugation | |
| CN112859098A (zh) | 一种光子数分辨测量增强单光子激光雷达系统及测距方法 | |
| Hennessy et al. | Improved techniques for the surveillance of the near earth space environment with the Murchison Widefield Array | |
| Steinvall et al. | Photon counting ladar work at FOI, Sweden | |
| Luo et al. | A low-cost high-resolution LiDAR system with nonrepetitive scanning | |
| Shoykhetbrod et al. | Concept for a fast tracking 60 GHz 3D-radar using frequency scanning antennas | |
| CN214669607U (zh) | 基于mcp-pmt的光子计数激光雷达成像系统 | |
| CN112285736B (zh) | 一种基于光子强度关联的全天候激光雷达探测系统及方法 | |
| CN110888177B (zh) | 一种强天光背景下暗弱目标探测装置 | |
| NISHIMURA et al. | High sensitivity radar-optical observations of faint meteors | |
| Bounds | The Infrared airborne radar sensor suite | |
| Lei | A time-domain beamformer for UWB through-wall imaging | |
| CN112415533B (zh) | 一种基于啁啾脉冲的深度感知方法、装置及传感器 | |
| CN112946688B (zh) | 新型光子计数激光雷达3d成像方法及装置 | |
| KR101866764B1 (ko) | 통합픽셀로 구성된 거리영상센서 | |
| CN113777605A (zh) | 一种被动毫米波三维成像系统及其成像方法 | |
| Imaki et al. | Recent development of 3D imaging laser sensor in Mitsubishi electric corporation | |
| CN113932729B (zh) | 一种基于光频梳的太赫兹天线形面检测系统及方法 |
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 | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220503 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |