CN114236510B - 水深测量激光雷达透过率杂光测试系统 - Google Patents

水深测量激光雷达透过率杂光测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了水深测量激光雷达透过率杂光测试系统，包括支撑平台、脉冲激光器、光纤跳线、平行光管、指示器、平面反射镜、抛物面反射镜、高精度二维转台、激光能量计、计算机、丝杠滑轨、水平仪、CCD相机等十三个组件。它不需要高精度同步控制系统，可以实现光学系统光轴平行度校正与PST无间断测试，适用于多波段光学系统，结构简单，操作方便。它提升了激光雷达装调测试效率，节省了空间，降低了激光雷达接收回波能量损失。

Description

水深测量激光雷达透过率杂光测试系统
技术领域
本发明特别涉及激光雷达光学系统装调及杂散光测试技术领域，特别涉及水深测量激光雷达透过率杂光测试系统。
背景技术
激光雷达杂散光是主要来源于太阳光在海表漫反射以及水体后向散射等非正常路径传递至系统像面处形成噪声。为实现海表与海底的光束信号分离，接收海底微弱信号，激光雷达光学系统采用多通道接收光学系统。多通道接收光学系统要求多光轴平行，才能保证接收完整海底微弱信号，否则会导致杂散光成倍增加。杂散光导致激光雷达像面的对比度下降，信噪比降低，甚至完全湮没信号，导致光学系统失效。为保证激光雷达系统有效，需要测量系统的PST指标，以确定激光雷达系统已消除可能消除的杂散光。
申请号为CN201610969961.2的专利中采用同步控制功能来进行控制探测器开关测量PST，但其需要额外配备单独一套高精度控制系统来实现探测系统与光学系统同步控制进行PST测试。申请号为CN201810603452.7的专利中采用自动控制测量PST，但其无法实现光学系统光轴平行度校正。申请号为CN201922365676.1的专利中采用一种光学装置的点源透过率测试系统，但无法实现光学系统光轴平行度校正与PST测试连续进行。1996年廖胜在红外与毫米波学报上发表的红外光学系统杂光PST的研究与测试一文中搭建了一套红外光学系统杂光指标PST的测试装置，但其针对红外光学系统。2017年陈钦芳在2017年空间机电与空间光学学术研讨会论文集上发表的高精度点源透过率杂光测试系统一文中研制三波段点源透过率杂光测试系统，但其结构复杂，操作繁琐。综上可知，已发的论文和已公开的专利存在如下问题：①需要高精度同步控制系统；②无法实现光学系统光轴平行度校正；③无法实现光学系统光轴平行度校正与PST测试连续进行；④仅针对红外光学系统；⑤结构复杂，操作繁琐。
发明内容
针对需要高精度控制系统、光学系统光轴平行度校正、只用于红外光学系统、结构复杂、操作繁琐等问题，本发明公开了水深测量激光雷达透过率杂散光检测系统。
本发明技术方案包括激光雷达透过率杂散光测试系统组成和工作流程。
本发明所述的水深测量激光雷达透过率杂光测试系统包括支撑平台、脉冲激光器、光纤跳线、平行光管、指示器、平面反射镜、抛物面反射镜、高精度二维转台、激光能量计、计算机、丝杠滑轨、水平仪、CCD相机；
支撑平台，用于支撑装调系统，实现系统水平；
脉冲激光器，作为光源，用于产生脉冲光；
光纤跳线，经光线接口连接激光器，输入至平行光管；
平行光管，产生平行光束，用于装调校正激光雷达光学系统；
指示器，产生指示光,用于光学系统装调；
平面反射镜，用于反射指示器与平行光管发射光线，反射至抛物面反射镜；
抛物面反射镜，用于反射光线形成平行光线至激光雷达光学系统；
高精度二维转台，水平调节和俯仰调节均有电机驱动丝杆调节机构；
激光能量计，用于测量光学系统入瞳处及像面处能量；
计算机，用于接收CCD相机实时影像便于人眼观察；还用于控制丝杠滑轨；
丝杠滑轨，由计算机控制，用于切换指示器与平行光管；
水平仪,用于实现光机系统于与支撑平台水平；
CCD相机，用于观察抛物面反射镜；
本发明所述的水深测量激光雷达透过率杂散光检测系统工作过程如下：
①水平仪放置于支撑平台上与高精度二维转台上，观察保证支撑平台与高精度二维转台水平；
②开启指示器，指示器出射指示光经平面反射镜反射至抛物面反射镜，指示光经反射后入射至高精度二维转台上的待装调光学系统；
③调整光学系统物镜组；
④观察光斑中心是否位于轴心，没有位于轴心则返回调整光学系统物镜组；
⑤位于轴心后，安装目镜组，调节高精度二位转台；
⑥观察光斑是否位于中心，若没有位于中心返回安装目镜组，调节高精度二位转台；
⑦位于中心，光学系统装调完成；
⑧控制丝杠导轨移动切换至平行光管；
⑨开启脉冲激光器，脉冲激光器出射的激光经光纤跳线入射至平行光管，激光经平行光管准直后入射至平面反射镜反射至抛物面反射镜，经反射入射至待测激光雷达光学系统，经待测光学系统光线元件和机械结构的折射、反射、衍射和散射到达待测光学系统像面；
⑩激光能量计位于待测光学系统入瞳处并记录；
Figure BDA0003390214140000031
激光能量计位于待测光学系统的焦面处并记录；
Figure BDA0003390214140000032
计算入瞳处与像面出辐照度，进行计算PST，操作转台转动角度θ；
Figure BDA0003390214140000033
观察能否接收到光学系统像面处能量，能够接受则返回激光能量计位于待测光学系统入瞳处并记录；
Figure BDA0003390214140000034
不能够接收到能量则绘制PST曲线；
Figure BDA0003390214140000035
完成激光雷达光学系统装调测试。
本发明有益效果是实现激光雷达光学系统装调和杂散光测试一体化，解决了如下问题：①不需要高精度同步控制系统；②实现了光学系统光轴平行度校正与PST测试连续进行；③适用于多波段光学系统；④结构简单，操作方便。该系统可用于激光雷达装调测试，实现激光雷达光学系统装调及光学系统杂散光测试一体化，提升了激光雷达装调测试效率，节省了空间，降低了接收回波能量损失。
附图说明
图1是激光雷达透过率杂光测试系统，其中a是支撑平台，b是脉冲激光器，c是光纤跳线，d是平行光管，e是指示器，f是平面反射镜，g是抛物面反射镜，h是高精度二维转台，i是激光能量计，j是计算机，k是丝杠滑轨，l是水平仪，m是CCD相机。
图2是本发明激光雷达透过率杂光测试系统流程。
图3是激光雷达装调测试图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，结合附图对本发明具体实施作进一步详细说明。
结合图1，说明本发明水深测量激光雷达透过率杂光测试系统，包括支撑平台a、脉冲激光器b、光纤跳线c、平行光管d、指示器e、平面反射镜f、抛物面反射镜g、高精度二维转台h、激光能量计i、计算机j、丝杠滑轨k、水平仪l、CCD相机m。
结合图2，说明发明水深测量激光雷达透过率杂光测试系统工作流程：
①水平仪放置于支撑平台上与高精度二维转台上，观察保证支撑平台与高精度二维转台水平；
②开启指示器，指示器出射指示光经平面反射镜反射至抛物面反射镜，指示光经反射后入射至高精度二维转台上的待装调光学系统；
③调整光学系统物镜组；
④观察光斑中心是否位于轴心，没有位于轴心则返回调整光学系统物镜组；
⑤位于轴心后，安装目镜组，调节高精度二位转台；
⑥观察光斑是否位于中心，若没有位于中心返回安装目镜组，调节高精度二位转台；
⑦位于中心，光学系统装调完成；
⑧控制丝杠导轨移动切换至平行光管；
⑨开启脉冲激光器，脉冲激光器出射的激光经光纤跳线入射至平行光管，激光经平行光管准直后入射至平面反射镜反射至抛物面反射镜，经反射入射至待测激光雷达光学系统，经待测光学系统光线元件和机械结构的折射、反射、衍射和散射到达待测光学系统像面；
⑩激光能量计位于待测光学系统入瞳处并记录；
Figure BDA0003390214140000051
激光能量计位于待测光学系统的焦面处并记录；
Figure BDA0003390214140000052
计算入瞳处与像面出辐照度，进行计算PST，操作转台转动角度θ；
Figure BDA0003390214140000053
观察能否接收到光学系统像面处能量，能够接受则返回激光能量计位于待测光学系统入瞳处并记录；
Figure BDA0003390214140000054
不能够接收到能量则绘制PST曲线；
Figure BDA0003390214140000055
完成激光雷达光学系统装调测试。
结合图3，说明本发明已用于水深测量激光雷达装调测试。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (1)

1.水深测量激光雷达透过率杂光测试系统，其特征在于可以用于激光雷达光学系统杂散光、装调测试一体化；其特征还在于包括激光雷达透过率杂散光测试系统组成和工作流程；
所述的激光雷达透过率杂光测试系统包括支撑平台、脉冲激光器、光纤跳线、平行光管、指示器、平面反射镜、抛物面反射镜、高精度二维转台、激光能量计、计算机、丝杠滑轨、水平仪、CCD相机；
所述的激光雷达透过率杂光测试系统工作过程如下：
①水平仪放置于支撑平台上与高精度二维转台上，观察保证支撑平台与高精度二维转台水平；
②开启指示器，指示器出射指示光经平面反射镜反射至抛物面反射镜，指示光经反射后入射至高精度二维转台上的待装调光学系统；
③调整光学系统物镜组；
④观察光斑中心是否位于轴心，没有位于轴心则返回调整光学系统物镜组；
⑤位于轴心后，安装目镜组，调节高精度二维转台；
⑥观察光斑是否位于中心，若没有位于中心返回安装目镜组，调节高精度二维转台；
⑦位于中心，光学系统装调完成；
⑧控制丝杠导轨移动切换至平行光管；
⑨开启脉冲激光器，脉冲激光器出射的激光经光纤跳线入射至平行光管，激光经平光管准直后入射至平面反射镜反射至抛物面反射镜，经反射入射至待测激光雷达光学系统，经待测光学系统光线元件和机械结构的折射、反射、衍射和散射到达待测光学系统像面；
⑩激光能量计位于待测光学系统入瞳处并记录；
Figure FDF0000024235880000011
激光能量计位于待测光学系统的焦面处并记录；
Figure FDF0000024235880000012
计算入瞳处与像面处辐照度，进行计算PST，操作转台转动角度θ；
Figure FDF0000024235880000013
观察能否接收到光学系统像面处能量，能够接受则返回激光能量计位于待测光学系统入瞳处并记录；
Figure FDF0000024235880000014
不能够接收到能量则绘制PST曲线；
Figure FDF0000024235880000021
完成激光雷达光学系统装调测试。
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