CN113514853A - 一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达 - Google Patents

一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达 Download PDF

Info

Publication number
CN113514853A
CN113514853A CN202110373508.6A CN202110373508A CN113514853A CN 113514853 A CN113514853 A CN 113514853A CN 202110373508 A CN202110373508 A CN 202110373508A CN 113514853 A CN113514853 A CN 113514853A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
signal
medium
detection
filtering
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.)
Granted
Application number
CN202110373508.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113514853B (zh
Inventor
上官明佳
宇文睿啸
黄宇中
杨志峰
李忠平
商少凌
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.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
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 Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN202110373508.6A priority Critical patent/CN113514853B/zh
Publication of CN113514853A publication Critical patent/CN113514853A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113514853B publication Critical patent/CN113514853B/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
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • 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
    • G01S7/4811Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4812Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver transmitted and received beams following a coaxial path
    • 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
    • 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
    • G01S7/483Details of pulse systems
    • G01S7/484Transmitters
    • 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
    • G01S7/483Details of pulse systems
    • G01S7/486Receivers
    • G01S7/4865Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • 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)
  • 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

本申请公开了一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达。其中方法包括:将种子激光放大、倍频和分光处理后得到至少两束发射激光并分别发射至对应的介质后接收各介质的回波信号,经滤波后得到对应的滤波信号并耦合成待测信号,使其中的滤波信号在时域上分离;对待测信号进行探测和数据处理和分析得到各介质的探测结果。一体化探测激光雷达基于上述方法,采用倍频器进行倍频处理,采用二向色镜分光,采用延时光纤对其中一个滤波信号进行延时处理。本申请的技术方案有利于对大气和海洋探测数据进行时空对应性研究,因为仅采用单一种子激光器、单个探测器和单个数据处理模块,因此提高了系统稳定性和激光雷达的性价比。

Description

一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达
技术领域
本申请涉及激光雷达领域,具体涉及一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达。
背景技术
激光雷达是探测大气和海洋参数廓线分布的重要手段,可以获取很多有价值的信息。激光雷达有着方向性好、时间分辨率和空间分辨率高、精度高、非接触(遥感)探测等优点。基于大气气溶胶和分子为示踪,激光雷达可探测大气的温度、风速、能见度、云高云厚、偏振、痕量气体成分等。在进行大气探测时,采用近红外、红外的激光波段具有穿透性强,可光纤耦合,太阳背景噪声低,可进行气体成分探测等优点。而探测水体时,为减小电磁波在水体的强吸收,仅在蓝绿波段有窗口,基于该波段激光,探测深度最大可突破百米。水体探测激光雷达,是水色遥感和声学遥感的重要补充,一方面相比于水色遥感可获得剖面探测信息,另外一方面,相比于声学遥感,可突破水气界面,从而基于机载、星载平台实现大区域覆盖。
当前的激光探测手段,对不同种介质的激光探测,采用的是彼此独立的适合此介质的激光探测方法和激光探测雷达。例如大气和海洋探测的激光雷达是彼此分立的,如需对大气和海洋同时探测,需要分别设置独立的大气探测激光雷达和海洋探测激光雷达,这就造成探测成本高、设备体积大等问题,另外,由于关于大气和海关的探测结果彼此独立,因此在某些需要强调空间和时间上的对应性的研究中,会造成明显的不便。如能够有一种激光探测方法和激光雷达,可同时对不同介质进行激光探测,且探测系统一体化,例如同时实现对大气和海洋的一体化激光探测,将大大提高系统稳定性和激光雷达的性价比,降低运行成本和减少人力物力,提高经济效益,而且,获取的探测结果还兼具大气和海洋信息在时空上的对应性,以利于结合相关探测数据进行深入研究。但目前尚未有文献公开如何实现上述功能。
发明内容
本申请的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题,提供一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达,以实现同时对两种甚至两种以上的介质诸如对大气和海洋进行一体化激光探测,便于对大气和海洋探测数据进行时空对应性研究,能够提高探测效率、降低激光探测成本,减小激光雷达的体积。
为达成上述目的,采用如下技术方案:
第一技术方案涉及一体化激光探测方法,用于探测至少两种适合采用对应波段的光探测的介质;其包括:限定各介质对应的探测距离范围;种子激光经放大、倍频和分光处理后得到与各介质一一对应且波长分别位于对应波段的至少两束发射激光;各发射激光分别发射至对应的介质并分别接收各介质的回波信号;各回波信号分别经滤波后得到对应的滤波信号;将各滤波信号耦合成待测信号,所述待测信号中,各滤波信号在时域上分离且保持在对应的探测距离范围内的完整性;对待测信号进行探测,并经信号处理和分析得到各介质的探测结果。
第二技术方案基于第一技术方案,其中,通过对滤波信号进行延时处理实现待测信号中各滤波信号在时域上分离。
第三技术方案基于第二技术方案,其中,所述介质数量为两种,种子激光经倍频器进行倍频处理,并经二向色镜进行分光处理。
第四技术方案基于第三技术方案,其中,两种介质分别为适合采用近红外和红外波段的光探测的大气和适合采用蓝绿波段的光探测的水体;所述种子激光为脉冲激光,采用波长为1064nm的近红外激光,与大气对应的发射激光波长为1064nm,与水体对应的发射激光波长为532nm。
第五技术方案涉及一体化探测激光雷达,用于探测第一介质和第二介质;其包括:种子激光器(1),其产生种子激光;发射激光生成模块(2),其引入种子激光,并输出波长在适合探测第一介质的波段内的第一激光和波长在适合探测第二介质的波段内的第二激光;第一发射接收模块(4),其向第一介质发射第一激光并接收第一介质的第一回波信号经滤波后生成第一滤波信号;第二发射接收模块(6),其向第二介质发射第二激光并接收第二介质的第二回波信号经滤波后生成第二滤波信号;耦合器(7),其引入第一滤波信号和第二滤波信号,经耦合后生成待测信号;延时光纤(5),其置于第一发射接收模块(4)和耦合器(7)之间,以使待测信号中,第一滤波信号位于第二滤波信号的待测段之后,所述第二滤波信号的待测段对应第二介质的探测距离范围;探测器(8),其对待测信号进行探测并输出电信号;和数据处理模块(9),其将电信号转换为数字信号并进行处理得到第一介质和第二介质的探测结果。
第六技术方案基于第五技术方案,其中,所述发射激光生成模块(2)包括:放大器(21),其将种子激光放大为第一激光;倍频器(22),其引入第一激光并生成混合激光,所述混合激光混合有第一激光和第二激光,所述第二激光频率为第一激光的两倍;和二向色镜(23),其将混合激光分为第一激光和第二激光。
第七技术方案基于第六技术方案,其还包括:第一换向镜组件(31),其用于将二向色镜(23)出射的第一激光换向至第一发射接收模块(4);和第二换向镜组件(32),其用于将二向色镜(23)出射的第二激光换向至第二发射接收模块(6)。
第八技术方案基于第七技术方案,其中,所述第一发射接收模块(4)包括:第一发射接收单元(41),其用于向第一介质发射第一激光并接收第一介质的第一回波信号,其采用收发分离结构或收发同轴结构;和第一滤波器(42),其用于将第一回波信号经滤波处理后生成第一滤波信号。
第九技术方案基于第八技术方案,其中,所述第二发射接收模块(6)包括:第二发射接收单元(61),其用于向第二介质发射第二激光并接收第二介质的第二回波信号,其采用收发分离结构或收发同轴结构;和第二滤波器(62),其用于将第二回波信号经滤波处理后生成第二滤波信号。
第十技术方案基于第五至第九任一技术方案,其中,所述第一介质为大气,所述第二介质为水体;所述种子激光为脉冲激光,波长为1064nm;所述第一激光波长为1064nm,所述第二激光波长为532nm。
相对于现有技术,上述方案具有的如下有益效果:
第一技术方案限定的探测方法将种子激光进行倍频和分光处理,得到与至少两种介质一一对应且波长位于对应波段的至少两束激光,因此实现了单一种子激光探测至少两种介质,相对于采用多个波长的激光分别用于探测相应的介质,降低了成本,减小了激光雷达的体积,且光路更为简洁;该探测方法还将各滤波信号耦合成待测信号,并使待测信号中各滤波信号在时域上分离且保持各滤波信号在对应的探测距离范围内的完整性,因此能够利用时分复用技术,通过一次探测获得至少两种介质的探测结果,因此探测效率高,且获得的数据具有时间和空间上的对应性,便于更深入地研究两种介质之间的相互作用关系。
在第二技术方案中,由于滤波信号能够采用光纤传输,因此可以采用光纤延时技术对滤波信号进行延时处理,使得实现各滤波信号在时域上分离的方式占用体积小、结构简单。
在第三技术方案中,在介质为两种时,采用倍频器对种子激光进行倍频处理,能够更方便地在两个介质对应波段中设计合适的波长,从而实现发射激光波长与介质的对应;采用二向色镜进行分光处理,能够光路简化结构、降低成本。
在第四技术方案中,在同时对大气和水体两介质进行激光探测时,种子激光采用波长为1064nm的激光,其可直接成为与大气对应的发射激光,与水体对应发射激光波长为532nm,其频率正好是种子激光的两倍,因此能够通过倍频获得两种发射激光,探测效果佳、投入成本低。种子激光为脉冲激光,有利于在时域上分离各滤波信号。
在第五技术方案中,采用延时光纤对第一滤波信号进行延时处理,光路简单且体积小,采用耦合器将第一滤波信号和第二滤波信号耦合为一个待测信号,能够利用单个探测器和单个数据处理模块完成探测和得到探测结果,简化了系统结构,提高系统集成化。整个一体化探测激光雷达采用单个种子激光器、单个探测器和单个数据处理模块,同时对两种介质进行激光探测,因此与两个功能单一的激光雷达相比,探测效率高、激光探测成本低,激光雷达的体积小,能够实现对大气和海洋探测数据时间和空间上的对应性,有利于对大气和海洋探测数据进行对应性研究。
在第六技术方案中,采用倍频器对种子激光进行倍频处理,能够更方便地在两个介质对应波段中设计合适的波长,从而实现发射激光波长与介质的对应。
在第十技术方案中,种子激光为脉冲激光,为在时域上分离第一滤波信号和第二滤波信号提供了时间基准。第二激光频率为种子激光的两倍,因此能够通过倍频获得第一激光和第二激光。在采用该激光雷达同时探测大气和海洋时,可从海气界面发射激光并接收回波信号,贴合实际探测需求,由于体积小,系统集成度高,因此可供机载、船载等多种运载平台使用,提高了激光探测技术的可行性和适用性。
附图说明
为了更清楚地说明实施例的技术方案,下面简要介绍所需要使用的附图:
图1为实施例一中的一体化探测激光雷达结构示意图;
图2为实施例二中的一体化探测激光雷达结构示意图;
图3为待测信号在时域上的示意图;
主要附图标记说明:
种子激光器1;发射激光生成模块2,放大器21,倍频器22,二向色镜23;第一换向镜组件31;第二换向镜组件32;第一发射接收模块4,第一发射接收单元41,第一发射望远镜411,第一接收望远镜412,第一环形器413,第一收发望远镜414,第一滤波器42;延时光纤5;第二发射接收模块6,第二发射接收单元61,第二发射望远镜611,第二接收望远镜612,第二环形器613,第二收发望远镜614,第二滤波器62;耦合器7;探测器8;数据处理模块9,信号调制与解调器91,数据分析处理器92。
具体实施方式
权利要求书和说明书中,除非另有限定,术语“第一”、“第二”或“第三”等,都是为了区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。
权利要求书和说明书中,除非另有限定,术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系,且仅是为了便于简化描述,而不是暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作。
权利要求书和说明书中,除非另有限定,术语“固接”或“固定连接”,应作广义理解,即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式,也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
权利要求书和说明书中,除非另有限定,术语“包括”、“具有”以及它们的变形,意为“包含但不限于”。
权利要求书和说明书中,除非另有限定,术语“待测段”是指第二滤波信号中,第二介质探测距离范围中距离最近处对应的时间点至距离最远处对应的时间点之间的部分。
下面将结合附图,对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
参见图1,图1示出了实施例一中的一体化探测激光雷达。在本实施例中,一体化激光雷达用于探测第一介质大气和第二介质海洋。其中,大气适于用近红外或红外波段的激光探测,海洋适于用蓝绿波段的激光探测。
如图1所示,实施例一中的一体化探测激光雷达包括种子激光器1、发射激光生成模块2、第一换向镜组件31、第一发射接收模块4、延时光纤5、第二换向镜组件32、第二发射接收模块6、耦合器7、探测器8和数据处理模块9。
种子激光器1产生种子激光,并输出至发射激光生成模块2。本实施例中,种子激光器1为脉冲激光器,种子激光为波长1064nm的脉冲激光。
发射激光生成模块2用于引入种子激光,并输出适合探测大气的第一激光和适合探测海洋的第二激光。第一激光的波长为1064nm,位于近红外波段内;第二激光的波长为532nm,位于蓝绿波段内。
本实施例中,发射激光生成模块2包括放大器21、倍频器22和二向色镜23。
其中,放大器21引入种子激光,并将种子激光放大为强度满足探测需求的第一激光输出。
倍频器22引入第一激光,并将其中部分第一激光频率倍增后得到第二激光,倍频器22输出第一激光和第二激光的混合激光。由此看到,第一激光和第二激光波长的选择,不仅有利于探测对应的介质,也有利于通过倍频器22获得与两种介质对应的发射激光。当然,在介质不同时,也可以利用倍频器22选择不同的倍频倍数,以获得波长在对应介质的适合波段内的发射激光。
二向色镜23引入混合激光,并将混合激光分为沿第一方向输出的第一激光和第二方向输出的第二激光。在其他实施例中,也可以通过其他分光器例如棱镜实现对混合激光的分光。
第一换向镜组件31用于将沿第一方向射出的第一激光引至第一发射接收模块4,其可通过一个或一组反射镜或折射镜实现。
第一发射接收模块4包括第一发射接收单元41和第一滤波器42。第一发射接收单元41朝向第一介质大气,用于向大气发射第一激光并接收大气的第一回波信号。本实施例中,第一发射接收单元41采用收发分离结构,其包括第一发射望远镜411和第一接收望远镜412。第一发射望远镜411用于向大气发射第一激光,第一接收望远镜412用于从大气接收第一回波信号并输出至第一滤波器42。第一滤波器42对第一回波信号进行滤波处理并生成第一滤波信号。
第二换向镜组件32用于将沿第二方向射出的第二激光引至第二发射接收模块6,其可通过一个或一组反射镜或折射镜实现。
第二发射接收模块6包括第二发射接收单元61和第二滤波器62。第二发射接收单元61朝向第二介质海洋的海面,用于向海洋发射第二激光并接收海洋的第二回波信号。本实施例中,第二发射接收单元61采用收发分离结构,其包括第二发射望远镜611和第二接收望远镜612。第二发射望远镜611用于向海洋发射第二激光,第二接收望远镜612用于从海洋接收第二回波信号并输出至第二滤波器62。第二滤波器62对第二回波信号进行滤波处理并生成第二滤波信号。
第一滤波信号经延时光纤5送至耦合器7的第一输入端,第二滤波信号送至耦合器7的第二输入端。延时光纤7应保证在第一滤波信号输送至耦合器7的第一输入端时,第二滤波信号的待测段已经完整地输送至耦合器7的第二输入端。在这里,“待测段”是指第二滤波信号中,第二介质海洋探测距离范围中距离最近处对应的时间点至距离最远处对应的时间点之间的部分。本实施例中,受蓝绿激光在海洋穿透能力的限制,海洋的探测距离范围为从海面至海面下150米。
耦合器7的第一输入端引入第一滤波信号,第二输入端引入第二滤波信号,第一滤波信号和第二滤波信号经耦合后生成待测信号,由耦合器7的输出端输出。如图3所示,由于第一滤波信号采用延时光纤5传输,因此,第一滤波信号在时域上整体处于第二滤波信号的待测段之后。
探测器8引入待测信号,并将待测信号的强度转化成电信号输出。本实施例中,探测器8被配置为既适于探测近红外波段的信号,也适于探测蓝绿波段的信号,其优选为单光子探测器,可以是超导纳米线单光子探测器、频率上转换单光子探测器或铟镓砷单光子探测器。
数据处理模块9包括信号调制与解调器91和数据分析处理器92。信号调制与解调器91用于将探测器8输出的电信号转换为数值信息输送至数据分析处理器92,数据分析处理器92对数值信息经分析处理后得到第一介质和第二介质的探测结果。探测结果包括第一介质大气和第二介质海洋在不同廓线上的回波信号强度。
应用本实施例中的一体化探测激光雷达探测大气和海洋,由于采用延时光纤5对第一滤波信号进行延时处理,因此光路简单且体积小,由于采用耦合器7将第一滤波信号和第二滤波信号耦合为一个待测信号,因此能够利用单个探测器8和单个数据处理模块9完成探测和得到探测结果,简化了系统结构,提高系统集成化。由于一体化探测激光雷达采用单个种子激光器1、单个探测器8和单个数据处理模块9,同时对两种介质进行激光探测,因此与两个功能单一的激光雷达相比,探测效率高、激光探测成本低,激光雷达的体积小,能够实现对大气和海洋探测数据时间和空间上的对应性,有利于对大气和海洋探测数据进行对应性研究。本实施例采用倍频器22对种子激光进行倍频处理,能够更方便地在两个介质对应波段中设计合适的波长,从而实现发射激光波长与介质的对应。本实施例的种子激光为脉冲激光,为在时域上分离第一滤波信号和第二滤波信号提供了时间基准。在采用本实施例中的一体化探测激光雷达同时探测大气和海洋时,可从海气界面发射激光并接收回波信号,贴合实际探测需求,由于体积小,系统集成度高,因此可供机载、船载等多种运载平台使用,提高了激光探测技术的可行性和适用性。
实施例二
实施例二中的一体化探测激光雷达与实施例一中的一体化探测激光雷达唯一的区别在于第一发射接收单元41和第二发射接收单元62均采用收发同轴结构,这有利于提高系统集成程度和降低设备成本。
具体地,本实施例中,第一发射接收单元41包括第一环形器413和第一收发望远镜414。其中,第一收发望远镜414朝向第一介质大气,用于将第一激光发射至大气,并接收大气的第一回波信号;第一环形器413设有第一通道和第二通道,第一通道用于将第一激光送至第一收发望远镜414以发射至大气,第二通道用于将从第一收发望远镜414接收到的第一回波信号送至第一滤波器42。第二发射接收单元61包括第二环形器613和第二收发望远镜614。其中,第二收发望远镜614朝向第二介质海洋,用于将第二激光发射至海洋,并接收海洋的第二回波信号;第二环形器613设有第一通道和第二通道,第一通道用于将第二激光送至第二收发望远镜614以发射至海洋,第二通道用于将从第二收发望远镜614接收到的第二回波信号送至第二滤波器62。
本实施例的其余部分与实施例一并无不同,因此对应的技术效果也相同,在此不再赘述。
以上两个实施例介绍了针对大气和海洋的一体化探测激光雷达及其激光探测方法。
基于相同的技术原理,也可以将上述一体化激光探测方法用于两种或两种以上的介质。
其中,每个介质都适于采用对应波段的光探测。具体方法包括以下步骤:
步骤一:限定各介质对应的探测距离范围,以便于实现各介质信号的时域分离;
步骤二:将种子激光经放大、倍频和分光处理后得到与各介质一一对应且波长分别位于对应波段的至少两束发射激光;其中,种子激光、各发射激光的波长选择可以依据倍频原理设计,使其既能使发射激光位于对应的介质的对应的探测波段内,又能通过倍频从种子激光获得;这里的倍频可以采用一个或多个的倍频器实现,倍频的倍数也不限于两倍;而在只有两色时可以通过二向色镜进行分光处理,在其他情况下也可以通过棱镜等其他分光器进行分光处理;
步骤三:各发射激光分别发射至对应的介质并分别接收各介质的回波信号;
步骤四:各回波信号分别经滤波后得到对应的滤波信号;
步骤五:将各滤波信号耦合成待测信号,待测信号中,各滤波信号在时域上分离且保持在对应的探测距离范围内的完整性;具体地,可通过对滤波信号进行延时处理使各滤波信号的待测段在时域上分离;
步骤六:对待测信号进行探测,并经信号处理和分析得到各介质的探测结果。
采用上述一体化激光探测方法探测两种或两种以上的介质,可以实现单一种子激光探测至少两种介质,相对于采用多个波长的激光分别用于探测相应的介质,降低了成本,减小了激光雷达的体积,且光路更为简洁。
该探测方法还将各滤波信号耦合成待测信号,并使待测信号中各滤波信号在时域上分离且保持各滤波信号在对应的探测距离范围内的完整性,因此能够利用时分复用技术,通过一次探测获得至少两种介质的探测结果,因此探测效率高,且获得的数据具有时间和空间上的对应性,便于更深入地研究两种介质之间的相互作用关系。
由于滤波信号能够采用光纤传输,因此对滤波信号进行延时处理,可以采用光纤延时技术对滤波信号进行延时处理,使得实现各滤波信号在时域上分离的方式占用体积小、结构简单。
上述说明书和实施例的描述,用于解释本申请的保护范围,但并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一体化激光探测方法,用于探测至少两种适合采用对应波段的光探测的介质;其特征是,包括:
限定各介质对应的探测距离范围;
种子激光经放大、倍频和分光处理后得到与各介质一一对应且波长分别位于对应波段的至少两束发射激光;
各发射激光分别发射至对应的介质并分别接收各介质的回波信号;
各回波信号分别经滤波后得到对应的滤波信号;
将各滤波信号耦合成待测信号,所述待测信号中,各滤波信号在时域上分离且保持在对应的探测距离范围内的完整性;
对待测信号进行探测,并经信号处理和分析得到各介质的探测结果。
2.如权利要求1所述的一体化激光探测方法,其特征是,通过对滤波信号进行延时处理实现待测信号中各滤波信号在时域上分离。
3.如权利要求2所述的一体化激光探测方法,其特征是,所述介质数量为两种,种子激光经倍频器进行倍频处理,并经二向色镜进行分光处理。
4.如权利要求3所述的一体化激光探测方法,其特征是,两种介质分别为适合采用近红外和红外波段的光探测的大气和适合采用蓝绿波段的光探测的水体;所述种子激光为脉冲激光,采用波长为1064nm的近红外激光,与大气对应的发射激光波长为1064nm,与水体对应的发射激光波长为532nm。
5.一体化探测激光雷达,用于探测第一介质和第二介质;其特征是,包括:
种子激光器(1),其产生种子激光;
发射激光生成模块(2),其引入种子激光,并输出波长在适合探测第一介质的波段内的第一激光和波长在适合探测第二介质的波段内的第二激光;
第一发射接收模块(4),其向第一介质发射第一激光并接收第一介质的第一回波信号经滤波后生成第一滤波信号;
第二发射接收模块(6),其向第二介质发射第二激光并接收第二介质的第二回波信号经滤波后生成第二滤波信号;
耦合器(7),其引入第一滤波信号和第二滤波信号,经耦合后生成待测信号;
延时光纤(5),其置于第一发射接收模块(4)和耦合器(7)之间,以使待测信号中,第一滤波信号位于第二滤波信号的待测段之后,所述第二滤波信号的待测段对应第二介质的探测距离范围;
探测器(8),其对待测信号进行探测并输出电信号;和
数据处理模块(9),其将电信号转换为数字信号并进行处理得到第一介质和第二介质的探测结果。
6.如权利要求5所述的一体化探测激光雷达,其特征是,所述发射激光生成模块(2)包括:
放大器(21),其将种子激光放大为第一激光;
倍频器(22),其引入第一激光并生成混合激光,所述混合激光混合有第一激光和第二激光,所述第二激光频率为第一激光的两倍;和
二向色镜(23),其将混合激光分为第一激光和第二激光。
7.如权利要求6所述的一体化探测激光雷达,其特征是,还包括:
第一换向镜组件(31),其用于将二向色镜(23)出射的第一激光换向至第一发射接收模块(4);和
第二换向镜组件(32),其用于将二向色镜(23)出射的第二激光换向至第二发射接收模块(6)。
8.如权利要求7中任一项所述的一体化探测激光雷达,其特征是,所述第一发射接收模块(4)包括:
第一发射接收单元(41),其用于向第一介质发射第一激光并接收第一介质的第一回波信号,其采用收发分离结构或收发同轴结构;和
第一滤波器(42),其用于将第一回波信号经滤波处理后生成第一滤波信号。
9.如权利要求8所述的一体化探测激光雷达,其特征是,所述第二发射接收模块(6)包括:
第二发射接收单元(61),其用于向第二介质发射第二激光并接收第二介质的第二回波信号,其采用收发分离结构或收发同轴结构;和
第二滤波器(62),其用于将第二回波信号经滤波处理后生成第二滤波信号。
10.如权利要求5至9中任一项所述的一体化探测激光雷达,其特征是,所述第一介质为大气,所述第二介质为水体;所述种子激光为脉冲激光,波长为1064nm;所述第一激光波长为1064nm,所述第二激光波长为532nm。
CN202110373508.6A 2021-04-07 2021-04-07 一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达 Active CN113514853B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110373508.6A CN113514853B (zh) 2021-04-07 2021-04-07 一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110373508.6A CN113514853B (zh) 2021-04-07 2021-04-07 一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113514853A true CN113514853A (zh) 2021-10-19
CN113514853B CN113514853B (zh) 2023-12-08

Family

ID=78062320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110373508.6A Active CN113514853B (zh) 2021-04-07 2021-04-07 一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113514853B (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130140554A (ko) * 2012-06-14 2013-12-24 한국전자통신연구원 레이저 레이더 시스템 및 목표물 영상 획득 방법
CN104155660A (zh) * 2014-08-15 2014-11-19 中国科学技术大学 一种双波长自适应光学修正波前畸变对直接探测测风激光雷达影响的装置及方法
CN106443709A (zh) * 2016-09-14 2017-02-22 中国科学技术大学 基于时分复用的单探测器全光纤偏振激光雷达
CN106932785A (zh) * 2017-02-27 2017-07-07 南京红露麟激光雷达科技有限公司 一种时分复用的偏振相干多普勒测风激光雷达
CN108387909A (zh) * 2018-01-23 2018-08-10 国耀量子雷达科技有限公司 基于激光雷达网的区域环境监测系统
CN109298410A (zh) * 2018-11-02 2019-02-01 北京遥测技术研究所 一种海洋溢油探测激光雷达
CN109839644A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 中国人民解放军火箭军工程大学 基于单腔双飞秒光梳互相关分析的实时绝对测距方法及系统
WO2019110022A1 (zh) * 2017-12-08 2019-06-13 上海禾赛光电科技有限公司 发射及接收激光脉冲的方法、介质及激光雷达系统
CN110031865A (zh) * 2019-05-14 2019-07-19 武汉大学 一种植被探测双通道荧光激光雷达系统
US20200096613A1 (en) * 2016-06-02 2020-03-26 Academy Of Opto-Electronics ,Chinese Academy Of Sciences Lidar system based on visible-near infrared-shortwave infrared light bands
WO2021000359A1 (zh) * 2019-07-02 2021-01-07 中国科学技术大学 一种基于色散选通的大气成分探测激光雷达
CN112558106A (zh) * 2020-11-12 2021-03-26 北京遥测技术研究所 一种星载大气海洋高重频激光雷达系统及探测方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130140554A (ko) * 2012-06-14 2013-12-24 한국전자통신연구원 레이저 레이더 시스템 및 목표물 영상 획득 방법
CN104155660A (zh) * 2014-08-15 2014-11-19 中国科学技术大学 一种双波长自适应光学修正波前畸变对直接探测测风激光雷达影响的装置及方法
US20200096613A1 (en) * 2016-06-02 2020-03-26 Academy Of Opto-Electronics ,Chinese Academy Of Sciences Lidar system based on visible-near infrared-shortwave infrared light bands
CN106443709A (zh) * 2016-09-14 2017-02-22 中国科学技术大学 基于时分复用的单探测器全光纤偏振激光雷达
CN106932785A (zh) * 2017-02-27 2017-07-07 南京红露麟激光雷达科技有限公司 一种时分复用的偏振相干多普勒测风激光雷达
CN109839644A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 中国人民解放军火箭军工程大学 基于单腔双飞秒光梳互相关分析的实时绝对测距方法及系统
WO2019110022A1 (zh) * 2017-12-08 2019-06-13 上海禾赛光电科技有限公司 发射及接收激光脉冲的方法、介质及激光雷达系统
CN108387909A (zh) * 2018-01-23 2018-08-10 国耀量子雷达科技有限公司 基于激光雷达网的区域环境监测系统
CN109298410A (zh) * 2018-11-02 2019-02-01 北京遥测技术研究所 一种海洋溢油探测激光雷达
CN110031865A (zh) * 2019-05-14 2019-07-19 武汉大学 一种植被探测双通道荧光激光雷达系统
WO2021000359A1 (zh) * 2019-07-02 2021-01-07 中国科学技术大学 一种基于色散选通的大气成分探测激光雷达
CN112558106A (zh) * 2020-11-12 2021-03-26 北京遥测技术研究所 一种星载大气海洋高重频激光雷达系统及探测方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
I. Z. KOZMA;P. BAUM: "Compact autocorrelator for the online measurement of tunable 10 femtosecond pulses", 《REV SCI INSTRUM 》, pages 2323 *
上官明佳: "1.5μm单光子探测器在激光遥感中的应用", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》, pages 136 - 177 *
程学武;宋娟;李发泉;戴阳;龚顺生;: "双波长高空探测激光雷达技术", 中国激光, no. 05, pages 601 - 606 *
高飞;雷宁: "全天时喇曼激光雷达探测大气水汽的技术实现及分光系统设计", 《光子学报》, pages 210 - 218 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113514853B (zh) 2023-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109818681B (zh) 基于双光频梳和差频复用的mimo雷达探测方法及装置
WO2017113465A1 (zh) 毫米波全息三维成像检测系统和方法
US20080018881A1 (en) Coherent Detection Scheme For FM Chirped Laser Radar
CN103823221A (zh) 脉冲激光相干测风雷达
CN111665486B (zh) 激光雷达系统
CN107688187B (zh) 基于空间波长编码的目标探测激光雷达
CN110221292B (zh) 一种微波光子多波段雷达成像系统及方法
CN101614820A (zh) 一种基于改进型f-p标准具的信号增强激光雷达系统
CN107102322A (zh) 微波激光雷达一体化系统
CN113640813A (zh) 一种多波束单光子探测激光雷达
CN107045130A (zh) 一种便携式全自动微脉冲测风激光雷达系统
CN111257851B (zh) 一种基于宽谱光源的光谱测量方法和光谱扫描激光雷达
CN112558106B (zh) 一种星载大气海洋高重频激光雷达系统及探测方法
CN112924985A (zh) 一种用于火星大气探测的混合型激光雷达
WO2019241582A1 (en) Approaches, apparatuses and methods for lidar applications based on- mode-selective frequency conversion
CN113777581A (zh) 一种水下收发的分离式水体探测激光雷达
CN101308211A (zh) 激光差分扫描探测方法及系统
CN113640832A (zh) 一种多波束相干探测激光雷达
CN114839644A (zh) 一种激光雷达系统
CN103954937A (zh) 一种宽范围高精度微波测距雷达系统设计方法
CN115508864A (zh) 一种e-f区风温密金属离子探测激光雷达及其探测方法
US7417744B2 (en) Coherent hybrid electromagnetic field imaging
CN110133679A (zh) 一种基于单片集成双频激光器的多普勒测速系统
CN114594450A (zh) 一种基于旋光器的收发同置偏振激光雷达系统
CN113514853B (zh) 一体化激光探测方法和一体化探测激光雷达

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