CN114624682A - 抑制近场强回波信号的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抑制近场强回波信号的方法和系统，可以应用于近场强回波信号抑制技术领域。该抑制近场强回波信号的方法包括：根据时序控制图，确定RTP晶体电光开关是否打开；在RTP晶体电光开关关闭的情况下，通过第一偏振分棱镜，将平行光分成S偏振光和P偏振光，其中，RTP晶体电光开关包括两个第一晶体电光开关和两个第二晶体电光开关；对于S偏振光，依次通过两个第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，以使S偏振光中的第一回波信号不会到达探测系统；对于P偏振光，依次通过第一反射镜、两个第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达第二偏振分棱镜逸出，以使P偏振光中的第二回波信号不会到达探测系统。

Description

抑制近场强回波信号的方法和系统

技术领域

本发明涉及近场强回波信号抑制技术领域，更具体地，涉及一种抑制近场强回波信号的方法和系统。

背景技术

近年来，激光雷达在大气参数和大气成分上的探测技术越来越成熟。在中高层大气探测中，激光雷达的功率口径比较大，此时会造成近场回波信号过强，超过光电探测单元的动态范围，使得光电探测单元出现饱和效应，从而影响对远场回波信号的探测。

在实现本发明构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：抑制近场强回波信号时探测高度范围不稳定且结构复杂调试麻烦。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种抑制近场强回波信号的方法和系统。

本发明的一个方面提供了一种抑制近场强回波信号的方法，包括：根据时序控制图，确定RTP晶体电光开关是否打开；在RTP晶体电光开关关闭的情况下，通过第一偏振分棱镜，将平行光分成S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光和P偏振光的偏振状态不同且传播方向相互垂直，RTP晶体电光开关包括两个第一晶体电光开关和两个第二晶体电光开关；对于S偏振光，依次通过两个第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，以使S偏振光中的第一回波信号不会到达探测系统；对于P偏振光，依次通过第一反射镜、两个第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达第二偏振分棱镜逸出，以使P偏振光中的第二回波信号不会到达探测系统。

根据本发明的实施例，其中，对于S偏振光，依次通过两个第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，以使S偏振光中的第一回波信号不会到达探测系统，包括：通过两个第一晶体电光开关，S偏振光的偏振状态不变；通过第一半波片，将S偏振光的偏振状态调整为P偏振光的偏振状态，并继续传播至第二偏振分棱镜逸出。

根据本发明的实施例，其中，对于P偏振光，依次通过第一反射镜、两个第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达第二偏振分棱镜逸出，以使P偏振光中的第二回波信号不会到达探测系统，包括：通过第一反射镜，P偏振光的传播方向平行于S偏振光的传播方向；通过两个第二晶体电光开关，P偏振光的偏振状态不变；通过第二半波片，将P偏振光的偏振状态调整为S偏振光的偏振状态；通过第二反射镜，P偏振光的传播方向垂直于S偏振光的传播方向，并继续传播至第二偏振分棱镜逸出。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：在RTP晶体电光开关打开的情况下，通过滤光片过滤S偏振光和P偏振光中的天空背景信号。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：通过准直透镜，将平行光准直为平行光。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：在RTP晶体电光开关打开的情况下，S偏振光通过第一原子滤波器到达第二偏振分棱镜逸出；P偏振光通过第二原子滤波器到达第二偏振分棱镜逸出。

本发明的另一个方面提供了一种抑制近场强回波信号的系统，包括：第一偏振分棱镜，用于将平行光分成S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光和P偏振光的偏振状态不同且传播方向相互垂直；RTP晶体电光开关，包括两个第一晶体电光开关和两个第二晶体电光开关，其中，两个第一晶体电光开关用于根据时序控制图控制S偏振光的偏振状态是否发生变化，两个第二晶体电光开关用于根据时序控制图控制P偏振光的偏振状态是否发生变化；第一半波片，用于将S偏振光的偏振状态调整为P偏振光的偏振状态；第二半波片，用于将P偏振光的偏振状态调整为S偏振光的偏振状态；第一反射镜和第二反射镜，用于改变P偏振光的传播方向；第二偏振分棱镜，用于将S偏振光和P偏振光逸出，不会到达探测系统。

根据本发明的实施例，上述系统还包括：滤光片，设置在第二偏振分棱镜与汇聚透镜之间，用于过滤S偏振光和P偏振光中的天空背景信号。

根据本发明的实施例，上述系统还包括：准直透镜，用于将发散光准直为平行光，以便再将平行光输入至第一偏振分棱镜。

根据本发明的实施例，上述系统还包括：第一原子滤波器，设置在第一半波片和第二偏振分棱镜之间，用于在RTP晶体电光开关打开的情况下，S偏振光到达第二偏振分棱镜逸出；第二原子滤波器，设置在第二半波片和第二偏振分棱镜之间，用于在RTP晶体电光开关打开的情况下，P偏振光到达第二偏振分棱镜逸出。

根据本发明的实施例，根据时序控制图，确定RTP晶体电光开关是否打开，在RTP晶体电光开关关闭的情况下，可以通过第一偏振分棱镜将平行光分成偏振状态不同且传播方向相互垂直的S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光可以依次通过两个第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，P偏振光可以依次通过第一反射镜、两个第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达第二偏振分棱镜逸出，使得S偏振光中的第一回波信号和P偏振光中的第二回波信号不会到达探测系统。使用RTP晶体电光开关抑制进行近场强回波信号的方法简单，并且改善探测高度的范围，从而解决了抑制近场强回波信号时探测高度范围不稳定且结构复杂调试麻烦的技术问题，进而提高近场强回波信号的抑制效率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本发明实施例的抑制近场强回波信号的方法流程图；

图2示意性示出了根据本发明的实施例提供的抑制近场强回波信号的系统的示意图；

图3示意性示出了根据本发明的实施例提供的抑制近场强回波信号的系统应用示意图；

图4示意性示出了根据本发明的另一个角度的实施例提供的抑制近场强回波信号的系统的示意图；

图5示意性示出了根据本发明的另一个角度的实施例提供的抑制近场强回波信号的系统应用示意图；

图6示意性示出了现有技术中的钠测温测风激光雷达的理论回波信号随高度变化的曲线图；

图7示意性示出了根据本发明的实施例的基于RTP晶体电光开关的钠测温测风激光雷达的回波信号随高度变化的曲线图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。

在相关技术中，近场强回波信号抑制主要是通过外加光电倍增管门控和光信号直接抑制两种方法。

外加光电倍增管门控是通过外加的TTL电平信号控制光电倍增管放大级，使放大级不产生电子放大输出，此时，近场强回波信号仍然作用在光电倍增管的光电阴极材料上，没有根本上阻止近场强回波信号到达阴极材料，仍然会导致光电倍增管产生晕眩延迟作用，对光电倍增管也有损伤。

光信号直接抑制是从光信号着手，通过机械手段或光学手段，抑制近场强回波信号。机械手段一般是利用高速旋转的机械斩光盘片按照一定的时序关系阻挡近场强回波信号，但是这种方法存在一个问题，当长时间使用时，斩光盘的转速存在波动，这种波动会导致回波信号的有效起始高度的变化，从而影响有效探测高度范围。此外，在多波段多通道探测时，可能存在过渡时间不够快，一般为30-40us，对应的过渡范围在5km左右，同时在使用时也会伴随一定的抖动，而且系统时序必须以斩光盘输出作为主同步脉冲，尤其是当多通道布局结构比较复杂时，调试起来比较麻烦。

此时可以考虑利用光学手段实现，例如使用非线性晶体作为电光调制晶体，在晶体适用的波长范围内抑制近场光信号，充分发挥电光开关可靠性高、响应快速、可连续切换操作的优点。

有鉴于此，本发明的实施例提供的抑制近场强回波信号的方法中采用磷酸钛氧铷（RbTiOPO₄，RTP）晶体代替斩光盘对近场强回波信号进行抑制，该方法包括根据时序控制图，确定RTP晶体电光开关是否打开；在RTP晶体电光开关关闭的情况下，通过第一偏振分棱镜，将平行光分成S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光和P偏振光的偏振状态不同且传播方向相互垂直，RTP晶体电光开关包括两个第一晶体电光开关和两个第二晶体电光开关；对于S偏振光，依次通过两个第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，以使S偏振光中的第一回波信号不会到达探测系统；对于P偏振光，依次通过第一反射镜、两个第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达第二偏振分棱镜逸出，以使P偏振光中的第二回波信号不会到达探测系统。

图1示意性示出了根据本发明实施例的抑制近场强回波信号的方法流程图。

如图1所示，该方法包括操作S101~S104。

在操作S101，根据时序控制图，确定RTP晶体电光开关是否打开。

根据本发明的实施例，RTP晶体电光开关可以是双晶体结构，由两块相同尺寸的RTP晶体构成，每块晶体的前后两个通光表面均镀有增透膜。可以通过与RTP晶体电光开关匹配的电源驱动器控制，采用外加方波升压式调制，可以实现1Hz-10kHz的频率连续调节。

根据本发明的实施例，RTP晶体电光开关可以改变光的偏振状态，可以根据时序控制图，控制RTP晶体电光开关是否打开，从而决定是否改变经过RTP晶体电光开关的光的偏振状态。

在操作S102，在RTP晶体电光开关关闭的情况下，通过第一偏振分棱镜，将平行光分成S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光和P偏振光的偏振状态不同且传播方向相互垂直，RTP晶体电光开关包括两个第一晶体电光开关和两个第二晶体电光开关。

根据本发明的实施例，第一偏振分光棱镜可以是斜面镀棱镜型偏振分光膜，可以根据需要设置薄膜层数，使得透过光束可以是平行方向振动的光，而反射光束基本上是垂直方向振动的光，从而可以实现偏振分光，在第一偏振分光棱镜其他的直角面可以镀宽带增透膜。

根据本发明的实施例，平行光可以是雷达系统接收到的光，经过第一偏振分棱镜分成S偏振光和P偏振光。S偏振光可以是垂直于第一偏振分棱镜入射面的偏振光，S偏振光可以是垂直于一偏振分棱镜入射面的偏振光S偏振光和P偏振光可以沿相互垂直的两个方向传播，并且S偏振光和P偏振光的偏振状态不同。

在操作S103，对于S偏振光，依次通过两个第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，以使S偏振光中的第一回波信号不会到达探测系统。

根据本发明的实施例，第一半波片可以改变S偏振光的偏振状态，第二偏振分棱镜可以是斜面镀棱镜型偏振分光膜，在其他的直角面可以镀宽带增透膜。

根据本发明的实施例，S偏振光经过不通电的两个第一晶体电光开关，偏振状态不变，经过第一半波片，偏振状态发生变化，到达第二偏振分棱镜时逸出，使得第一回波信号不会到达探测系统。

在操作104，对于P偏振光，依次通过第一反射镜、两个第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达第二偏振分棱镜逸出，以使P偏振光中的第二回波信号不会到达探测系统。

根据本发明的实施例，第一反射镜和第二反射镜可以是宽带介质膜反射镜，第二半波片以改变P偏振光的偏振状态。

根据本发明的实施例，P偏振光经过第一反射镜时，传播方向可以发生变化，然后经过不通电的两个第二晶体电光开关，偏振状态不变，经过第二半波片，偏振状态发生变化，经过第二反射镜时，传播方向发生变化，然后到达第二偏振分棱镜时逸出，使得第二回波信号不会到达探测系统。

根据本发明的实施例，根据时序控制图，确定RTP晶体电光开关是否打开，在RTP晶体电光开关关闭的情况下，可以通过第一偏振分棱镜将平行光分成偏振状态不同且传播方向相互垂直的S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光可以依次通过两个第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，P偏振光可以依次通过第一反射镜、两个第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达第二偏振分棱镜逸出，使得S偏振光中的第一回波信号和P偏振光中的第二回波信号不会到达探测系统。使用RTP晶体电光开关抑制进行近场强回波信号的方法简单，并且改善探测高度的范围，从而解决了抑制近场强回波信号时探测高度范围不稳定且结构复杂调试麻烦的技术问题，进而提高近场强回波信号的抑制效率。

根据本发明的实施例，对于S偏振光，依次通过两个第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，以使S偏振光中的第一回波信号不会到达探测系统，可以包括：通过两个第一晶体电光开关，S偏振光的偏振状态不变；通过第一半波片，将S偏振光的偏振状态调整为P偏振光的偏振状态，并继续传播至第二偏振分棱镜逸出。

根据本发明的实施例，在第一晶体电光开关是关闭状态时，S偏振光通过第一晶体电光开关偏振状态不发生变化。

根据本发明的实施例，S偏振光通过第一半波片时，可以通过调整S偏振光的相位将S偏振光的偏振状态调整为P偏振光的偏振状态，然后传播至第二偏振分棱镜时垂直逸出。

根据本发明的实施例，对于P偏振光，依次通过第一反射镜、两个第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达第二偏振分棱镜逸出，以使P偏振光中的第二回波信号不会到达探测系统，可以包括：通过第一反射镜，P偏振光的传播方向平行于S偏振光的传播方向；通过两个第二晶体电光开关，P偏振光的偏振状态不变；通过第二半波片，将P偏振光的偏振状态调整为S偏振光的偏振状态；通过第二反射镜，P偏振光的传播方向垂直于S偏振光的传播方向，并继续传播至第二偏振分棱镜逸出。

根据本发明的实施例，在第二晶体电光开关是关闭状态时，P偏振光通过两个第二晶体电光开关偏振状态不发生变化。

根据本发明的实施例，P偏振光经过第一反射镜时，可以变为与S偏振光平行方向传播，然后经过不通电的第二晶体电光开关，偏振状态不变，经过第二半波片，可以通过调整P偏振光的相位将P偏振光的偏振状态调整为S偏振光的偏振状态，经过第二反射镜时，传播方向可以变为与S偏振光垂直方向传播，然后传播至第二偏振分棱镜时逸出。

根据本发明的实施例，上述抑制近场强回波信号的方法还可以包括：在RTP晶体电光开关打开的情况下，通过滤光片过滤S偏振光和P偏振光中的天空背景信号。

根据本发明的实施例，滤光片可以是窄带滤光片或F-P干涉滤光片。

根据本发明的实施例，可以过滤S偏振光和P偏振光中的天空背景信号，减少回波信号中的杂乱信号。

根据本发明的实施例，上述抑制近场强回波信号的方法还可以包括：通过准直透镜，将发散光准直为平行光。

根据本发明的实施例，发散光可以是雷达系统接收到的光，准直透镜可以是平凸透镜，前后表面均镀有增透膜。

根据本发明的实施例，上述抑制近场强回波信号的方法还包括：在RTP晶体电光开关打开的情况下，S偏振光通过第一原子滤波器到达第二偏振分棱镜逸出；P偏振光通过第二原子滤波器到达第二偏振分棱镜逸出。

根据本发明的实施例，第一原子滤波器和第二原子滤波器可以是法拉第原子滤波器，可以在白天的强背景光的条件下观测时，滤除宽频带的白天的背景光，同时不影响特定频率的钠原子的共振荧光通过，从而进行全天时探测。

根据本发明的实施例，第一原子滤波器可以改变S偏振光的偏振状态，第二原子滤波器可以改变P偏振光的偏振状态，从而使RTP晶体电光在打开的情况下使S偏振光和P偏振光从第二偏振分棱镜逸出。

图2示意性示出了根据本发明的实施例提供的抑制近场强回波信号的系统200的示意图。

如图2所示，该系统200可以包括：第一偏振分棱镜201，用于将平行光分成S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光和P偏振光的偏振状态不同且传播方向相互垂直；RTP晶体电光开关202，包括两个第一晶体电光开关2021和两个第二晶体电光开关2022，其中，两个第一晶体电光开关2021用于根据时序控制图控制S偏振光的偏振状态是否发生变化，两个第二晶体电光开关2022用于根据时序控制图控制P偏振光的偏振状态是否发生变化；第一半波片203，用于将S偏振光的偏振状态调整为P偏振光的偏振状态；第二半波片204，用于将P偏振光的偏振状态调整为S偏振光的偏振状态；第一反射镜205和第二反射镜206，用于改变P偏振光的传播方向；第二偏振分棱镜207，用于将S偏振光和P偏振光逸出，不会到达探测系统。

根据本发明的实施例，根据时序控制图，确定RTP晶体电光开关是否打开，在RTP晶体电光开关关闭的情况下，可以通过第一偏振分棱镜将平行光分成偏振状态不同且传播方向相互垂直的S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光可以依次通过两个第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，P偏振光可以依次通过第一反射镜、两个第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达第二偏振分棱镜逸出，使得S偏振光中的第一回波信号和P偏振光中的第二回波信号不会到达探测系统。使用RTP晶体电光开关抑制进行近场强回波信号的方法简单，并且改善探测高度的范围，从而解决了抑制近场强回波信号时探测高度范围不稳定且结构复杂调试麻烦的技术问题，进而提高近场强回波信号的抑制效率。

根据本发明的实施例，上述图2的系统200还可以包括：滤光片208，设置在第二偏振分棱镜207和汇聚透镜209之间，用于在RTP晶体电光开关打开的情况下过滤S偏振光和P偏振光中的天空背景信号。汇聚透镜209用于将信号汇聚到光电探测器的有效探测靶面上，汇聚透镜可以是平凸透镜。

根据本发明的实施例，上述图2的系统200还可以包括：准直透镜210，用于将发散光准直为平行光，以便再将平行光输入至第一偏振分棱镜201。

根据本发明的实施例，上述系统200还可以包括：光电倍增管211，用于将接收到的微弱的光信号转换为电信号。

图3示意性示出了根据本发明的实施例提供的抑制近场强回波信号的系统应用示意图。

根据本公开的实施例，可以通过发射机（图中未示出）发射激光，然后通过如图3所示的系统接收回波信号，该系统可以应用在瑞利激光雷达系统后继光路中，根据时序控制图，在进行近场强回波信号抑制时，给RTP晶体电光开关断电，从瑞利激光雷达接收系统的垂直探测望远镜301接收回波信号的发散光，再经过传输光纤302传输至准直透镜210准直为平行光，再经过第一偏振分棱镜201将平行光分成互相垂直且偏振状态不同的S偏振光和P偏振光，然后S偏振光直接通过第一偏振分棱镜201，到达两个第一晶体电光开关2021，再通过第一半波片203，S偏振光的偏振状态变成P偏振光的偏振状态，最后入射到第二偏振分棱镜207后垂直向下逸出。

P偏振光被第一偏振分棱镜201分离后垂直于S偏振光传播，经过第一反射镜205变为与S偏振光的平行方向传播，然后通过两个第二晶体电光开关2022，再通过第二半波片204，P偏振光的偏振状态变成S偏振光的偏振状态，通过第二反射镜206垂直入射到第二偏振分棱镜207后不改变传播方向向下逸出。

这样分散光中的回波信号就不会通过第二偏振分棱镜207到达后面的探测系统，从而实现近场强回波信号的抑制。

当近场强回波信号抑制后，根据时序控制图，给RTP晶体电光开关通电，发散光到达准直透镜210准直为平行光，再经过第一偏振分棱镜201将平行光分成互相垂直且偏振状态不同的S偏振光和P偏振光，然后S偏振光直接通过第一偏振分棱镜201，到达两个第一晶体电光开关2021，对这两个第一晶体电光开关2021分别施加1200V的1/4波电压，S偏振光经过第一个第一晶体电光开关，偏振方向改变1/4波相位，再通过第二个第一晶体电光开关，此时S偏振光的偏振状态变为P偏振光的偏振状态，再通过第一半波片203，P偏振光的偏振状态变成S偏振光的偏振状态，最后入射到第二偏振分棱镜207。

P偏振光被第一偏振分棱镜201分离后垂直于S偏振光传播，经过第一反射镜205变为与S偏振光平行方向传播，然后通过两个施加1200V的1/4波电压的第二晶体电光开关2022，P偏振光的偏振状态变为S偏振光的偏振状态，再经过第二半波片204变成P偏振光的偏振状态，通过第二反射镜206到达偏第二偏振分棱镜207。

此时两束偏振方向不同的S偏振光和P偏振光合为一束到达后续的光学元件；通过滤光片208滤除S偏振光和P偏振光中的天空背景信号，汇聚透镜209用来将信号汇聚到光电探测器的有效探测靶面上，汇聚透镜可以是平凸透镜，光电倍增管211将接收到的微弱的光信号转换为电信号。然后经过光子计数器303或者是采集卡进行光子计数，再经过采集和处理计算机304进行数据处理。这样，根据时序控制图，可以在规定时间内打开RTP晶体电光开关，从而实现近场强回波信号的抑制。

图4示意性示出了根据本发明的另一个角度的实施例提供的抑制近场强回波信号的系统400的示意图。

如图4所示，该系统400可以包括：第一原子滤波器401，设置在第一半波片203和第二反射镜206之间，用于在RTP晶体电光开关202打开的情况下，S偏振光到达第二偏振分棱镜207逸出；第二原子滤波器402，设置在第二半波片204和第二反射镜206之间，用于在RTP晶体电光开关202打开的情况下，P偏振光到达第二偏振分棱镜207逸出。

图5示意性示出了根据本发明的另一个角度的实施例提供的抑制近场强回波信号的系统应用示意图。

根据本公开的实施例，可以通过发射机（图中未示出）发射激光，然后通过如图5所示的系统接收回波信号的发散光，该系统可以应用在三通道接收的钠测温测风激光雷达系统后继光路中，包括东西向探测望远镜501、垂直探测望远镜502和南北向探测望远镜503，由于三通道接收的钠测温测风激光雷达系统包括三个通道的后继光路是一样的，这里讨论垂直方向上的回波信号情况。

根据时序控制图，在进行近场强回波信号抑制时，根据时序控制图，给RTP晶体电光开关通电，从钠测温测风激光雷达接收系统的垂直探测望远镜502接收回波信号的发散光，再经过传输光纤504传输至准直透镜210准直为平行光，再经过第一偏振分棱镜201将平行光分成互相垂直且偏振状态不同的S偏振光和P偏振光，然后S偏振光直接通过第一偏振分棱镜201，到达两个第一晶体电光开关2021，对这两个第一晶体电光开关2021分别施加1200V的1/4波电压，S偏振光经过第一个第一晶体电光开关，偏振方向改变1/4波相位，再通过第二个第一晶体电光开关，此时S偏振光的偏振状态变为P偏振光的偏振状态，再通过第一半波片203，P偏振光的偏振状态变成S偏振光的偏振状态，然后到达第一原子滤波器401，S偏振光的偏振状态变为P偏振光的偏振状态，最后入射到第二偏振分棱镜207后垂直向下逸出。

P偏振光被第一偏振分棱镜201分离后垂直于S偏振光传播，经过第一反射镜205变为与S偏振光平行方向传播，然后通过两个施加1200V的1/4波电压的第二晶体电光开关2022，P偏振光的偏振状态变为S偏振光的偏振状态，再经过第二半波片204变成P偏振光的偏振状态，到达第二原子滤波器402，P偏振光的偏振状态变为S偏振光的偏振状态，通过第二反射镜206垂直入射到第二偏振分棱镜207后向下逸出，不会到达后面的探测系统，从而实现近场强回波信号的抑制。

当近场强回波信号抑制后，根据时序控制图，给RTP晶体电光开关断电，从钠测温测风激光雷达接收系统传输光纤接收到的发散光通过光纤504经过准直透镜210准直为平行光，再经过第一偏振分棱镜201将平行光分成互相垂直且偏振状态不同的S偏振光和P偏振光，然后S偏振光直接通过第一偏振分棱镜201，到达两个第一晶体电光开关2021，再通过第一半波片203，S偏振光的偏振状态变成P偏振光的偏振状态，然后到达第一原子滤波器401，P偏振光的偏振状态变为S偏振光的偏振状态，最后到达第二偏振分棱镜207。

P偏振光被第一偏振分棱镜201分离后垂直于S偏振光传播，经过第一反射镜205变为与S偏振光平行方向传播，然后通过两个第二晶体电光开关2022，再通过第二半波片204，P偏振光的偏振状态变成S偏振光的偏振状态，到达第二原子滤波器402，S偏振光的偏振状态变为P偏振光的偏振状态，通过第二反射镜206到达第二偏振分棱镜207。

此时两束偏振方向不同的S偏振光和P偏振光合为一束到达后续的光学元件；然后通过滤光片208来滤除S偏振光和P偏振光中的天空背景信号，汇聚透镜209用来将信号汇聚到光电探测器的有效探测靶面上，光电倍增管211将接收到的微弱的光信号转换为电信号。然后经过光子计数器303或者是采集卡进行光子计数，再经过采集和处理计算机304进行数据处理。这样，根据时序控制图，可以在规定时间内打开RTP晶体电光开关，从而实现近场强回波信号的抑制。

图6示意性示出了现有技术中的钠测温测风激光雷达的理论回波信号随高度变化的曲线图。

如图6所示，可以看出近场回波信号很强，而光电探测器的线性范围一般在10⁵~10⁶，此时近场强回波信号已经达到10⁷量级，远超过光电探测器的线性范围，如果不对近场强回波信号进行抑制，会对探测器造成损伤，也会使得探测到的近场回波信号的真实性存疑。

RTP晶体电光开关过渡时间一般为10ns左右，对应的过渡距离为1-2m，利用RTP晶体电光开关，可以将20km以下的回波光子数抑制700倍，其余高度范围内的光子数不变。

图7示意性示出了根据本发明的实施例的基于RTP晶体电光开关的钠测温测风激光雷达的回波信号随高度变化的曲线图。

如图7所示，从图中可以看出，此时近场的强回波信号在10⁴量级范围，在探测器的线性探测范围内，所以本发明的实施例可以实现在钠测温测风激光雷达中对近场强回波信号的抑制需求。

根据本发明的实施例，利用瑞利激光雷达系统的后继光路中，根据瑞利激光雷达后向散射公式及大气模型，可以得到理论上在近场回波信号上，瑞利激光雷达比钠测温测风激光雷达的回波光子数更多，要大于图6所示的10⁷量级，而系统常用的光电探测器的线性范围是10⁵~10⁶，所以此时也对光电探测器造成损伤，所以要进行近场强回波信号的抑制。同理，利用基于RTP晶体电光开关进行近场强回波信号的抑制，将20km以下的回波光子数抑制700倍，其余高度范围内的光子数不变，保证近场的强回波信号仍然在光电探测器的线性探测范围内，扩展了系统动态范围，所以本发明的实施例提供的方法可以实现在瑞利激光雷达中对近场强回波信号的抑制需求。

根据本发明的实施例，利用RTP晶体电光开关可以进行中高层探测激光雷达近场强回波信号抑制，可以克服机械斩光盘过渡时间长，多通道探测时布局结构复杂的问题，在一定程度上改善机械斩光盘滤波时20-30km高度范围有效探测范围的变化。RTP晶体电光开关的开关时间可以达到ns量级，同时在系统时序设计时，不需要作为系统同步设计的主脉冲，使得同步性和稳定性能提高，进而提高近场回波信号的抑制效率。RTP晶体电光开关电光系数较大,具有较高的损伤阈值，没有压电效应，所需的驱动电压相对较小，采用双晶体结构也可以消除双折射的影响。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种抑制近场强回波信号的方法，包括：

根据时序控制图，确定RTP晶体电光开关是否打开；

在所述RTP晶体电光开关关闭的情况下，通过第一偏振分棱镜，将平行光分成S偏振光和P偏振光，其中，所述S偏振光和所述P偏振光的偏振状态不同且传播方向相互垂直，所述RTP晶体电光开关包括两个第一晶体电光开关和两个第二晶体电光开关；

对于所述S偏振光，依次通过两个所述第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，以使所述S偏振光中的第一回波信号不会到达探测系统；

对于所述P偏振光，依次通过第一反射镜、两个所述第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达所述第二偏振分棱镜逸出，以使所述P偏振光中的第二回波信号不会到达所述探测系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对于所述S偏振光，依次通过两个所述第一晶体电光开关和第一半波片，到达第二偏振分棱镜逸出，以使所述S偏振光中的第一回波信号不会到达探测系统，包括：

通过两个所述第一晶体电光开关，所述S偏振光的偏振状态不变；

通过所述第一半波片，将所述S偏振光的偏振状态调整为所述P偏振光的偏振状态，并继续传播至所述第二偏振分棱镜逸出。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对于所述P偏振光，依次通过第一反射镜、两个所述第二晶体电光开关、第二半波片和第二反射镜，到达所述第二偏振分棱镜逸出，以使所述P偏振光中的第二回波信号不会到达所述探测系统，包括：

通过所述第一反射镜，所述P偏振光的传播方向平行于所述S偏振光的传播方向；

通过两个所述第二晶体电光开关，所述P偏振光的偏振状态不变；

通过所述第二半波片，将所述P偏振光的偏振状态调整为所述S偏振光的偏振状态；

通过所述第二反射镜，所述P偏振光的传播方向垂直于所述S偏振光的传播方向，并继续传播至所述第二偏振分棱镜逸出。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

在所述RTP晶体电光开关打开的情况下，通过滤光片过滤所述S偏振光和所述P偏振光中的天空背景信号。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，所述方法还包括：

通过准直透镜，将发散光准直为所述平行光。

6.根据权利要求1至4任一项所述的方法，所述方法还包括：

在所述RTP晶体电光开关打开的情况下，所述S偏振光通过第一原子滤波器到达所述第二偏振分棱镜逸出；

所述P偏振光通过第二原子滤波器到达所述第二偏振分棱镜逸出。

7.一种抑制近场强回波信号的系统，包括：

第一偏振分棱镜，用于将平行光分成S偏振光和P偏振光，其中，所述S偏振光和所述P偏振光的偏振状态不同且传播方向相互垂直；

RTP晶体电光开关，包括两个第一晶体电光开关和两个第二晶体电光开关，其中，两个所述第一晶体电光开关用于根据时序控制图控制所述S偏振光的偏振状态是否发生变化，两个所述第二晶体电光开关用于根据所述时序控制图控制所述P偏振光的偏振状态是否发生变化；

第一半波片，用于将所述S偏振光的偏振状态调整为所述P偏振光的偏振状态；

第二半波片，用于将所述P偏振光的偏振状态调整为所述S偏振光的偏振状态；

第一反射镜和第二反射镜，用于改变所述P偏振光的传播方向；

第二偏振分棱镜，用于将所述S偏振光和所述P偏振光逸出，不会到达探测系统。

8.根据权利要求7所述的系统，还包括：

滤光片，设置在所述第二偏振分棱镜与汇聚透镜之间，用于过滤所述S偏振光和所述P偏振光中的天空背景信号。

9.根据权利要求7或8所述的系统，还包括：

准直透镜，用于将发散光准直为所述平行光，以便再将所述平行光输入至所述第一偏振分棱镜。

10.根据权利要求8所述的系统，还包括：

第一原子滤波器，设置在所述第一半波片和所述第二偏振分棱镜之间，用于在所述RTP晶体电光开关打开的情况下，所述S偏振光到达所述第二偏振分棱镜逸出；

第二原子滤波器，设置在所述第二半波片和所述第二偏振分棱镜之间，用于在所述RTP晶体电光开关打开的情况下，所述P偏振光到达所述第二偏振分棱镜逸出。

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