CN219328900U - 一种能见度探测激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种能见度探测激光雷达装置，其包括激光发射模块、信号接收模块、光电探测模块、定位模块、扫描模块、角度测量模块、数据处理与控制模块、供电模块，所述数据处理与控制模块，用于输出信号控制激光发射模块发射激光，控制扫描模块进行空间三维扫描；同时，接收光电探测模块传输的电信号，接收定位模块传输的经纬度定位信号，接收角度测量模块传输的地磁角与倾斜角信号；上述信号经数据处理与控制模块处理后，获得空间三维能见度分布数据；所述电源模块，用于为上述各个模块供电。本实用新型能够获取能见度在空间维度上的分布数据，有效监测和识别不同方向的能见度变化。

Description

一种能见度探测激光雷达装置

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其是涉及一种能见度探测激光雷达装置。

背景技术

能见度，即目标物的能见距离，是指视力正常的人，能从背景光中将目标物轮廓分辨出来的最大距离。能见度的高低取决于大气分子与大气气溶胶粒子消光系数的大小，而大气分子消光系数通常比较稳定，故能见度主要受大气气溶胶粒子消光系数的影响。大气气溶胶粒子消光系数与大气污染情况紧密相关，因此，能见度可表征大气污染程度。

近年来，随着我国经济的快速发展，煤炭、石油等化石能源消耗量激增，导致低能见度天气现象高发。按照观测者与目标物的相对位置，能见度分为水平能见度、垂直能见度和倾斜能见度。水平能见度对航海和公路运输影响较大，低能见度会导致机场航道、码头、高速公路封航封路；垂直能见度对直升飞机起降影响较大，特别是海上受场地影响，多以舰载、海上固定建筑物等作为起降平台，进行有人和无人直升机起降；而固定翼的飞机通过滑行倾斜地平线起飞，所以对倾斜能见度比较关注。

目前，能见度测量主要包括透射式和前向散射式两种，这两种方式都是在假定安装地点周围的气象环境均匀的前提下，“以点带面”的以单点测量值代表大范围区域的能见度。这两种测量方法都有局限性，仅能获取固定水平方向的能见度，对影响航行安全的天气现象无法做出准确、及时的判断和反馈。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种能见度探测激光雷达装置，其能够实现空间三维能见度分布廓线数据的快速探测。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种能见度探测激光雷达装置，其包括激光发射模块、信号接收模块、光电探测模块、定位模块、扫描模块、角度测量模块、数据处理与控制模块、供电模块，其中，

所述激光发射模块，用于发射脉冲激光光束；

所述信号接收模块，用于接收大气后向散射光回波信号，并将其汇聚在光电探测模块的光探测器感光面上；

所述光电探测模块，用于对接收的回波光信号进行光电转换、信号滤波与放大处理；

所述定位模块，用于采集激光雷达所在位置的经纬度信息，并将其发送至数据处理与控制模块进行处理；

所述扫描模块，用于进行激光雷达的三维扫描；

所述角度测量模块，用于获取激光雷达当前测量姿态的垂直倾斜角度与水平地磁角度信息；

所述数据处理与控制模块，用于输出信号控制激光发射模块发射激光，控制扫描模块进行空间三维扫描；同时，接收光电探测模块传输的电信号，接收定位模块传输的经纬度定位信号，接收角度测量模块传输的地磁角与倾斜角信号；上述信号经数据处理与控制模块处理后，获得空间三维能见度分布数据；

所述电源模块，用于为上述各个模块供电。

进一步地，上述的激光发射模块采用红外线、可见光或紫外线波段脉冲激光器作为光源。

进一步地，上述的信号接收模块采用透镜或反射镜。

进一步地，上述的光电探测模块采用雪崩光电二极管或光电倍增管作为光探测器。

进一步地，上述的定位模块采用GPS定位模块或北斗卫星定位模块。

进一步地，上述的扫描模块采用振镜扫描模块。

进一步地，上述的角度测量模块采用地磁角传感器与倾角传感器。

进一步地，上述的能见度探测激光雷达装置，其还包括防强光直射模块，防强光直射模块与数据处理与控制模块连接，用于实时监测强光源的方位，在发生强光直射危险时，遮挡激光发射模块与信号接收模块的光路。

进一步地，上述的防强光直射模块包括强光感知子模块、电动挡板子模块，所述强光感知子模块由聚焦镜、传输光纤和光电二极管组件组成，聚焦镜用于将光信号聚焦到传输光纤前表面上，传输光纤用于将光信号传输到光电二极管的光敏面上，光电二极管组件用于进行光信号到电信号的转换、放大与滤波，并将电信号发送到数据处理与控制模块中进行处理；所述电动挡板子模块由电动推杆、以及与之连接的遮光挡板组成，电动推杆用于接收数据处理与控制模块发送的指令，推动遮光挡板移动，在强光照射时遮挡激光发射模块与信号接收模块光路，防止强光聚焦。

更进一步地，上述的激光发射模块为同轴激光雷达，所述强光感知子模块的视场角大于信号接收模块视场角与激光发射模块视场角中的最大值。

更进一步地，上述的激光发射模块为非同轴激光雷达，所述强光感知子模块的视场角大于信号接收模块视场角与激光发射模块视场角之和。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下优越性：

该能见度探测激光雷达装置，其结构简单，既能测量水平能见度，也能测量倾斜能见度和垂直能见度，能够获取能见度在空间维度上的分布数据，有效监测和识别不同方向的能见度变化，同时能够有效防止强光直射对激光雷达造成损害，适用于港口、航道、舰载、机场等应用领域，具有良好的实用价值和深厚的经济意义。

附图说明

图1是本实用新型能见度探测激光雷达装置的结构组成框图；

图2是图1中的防强光直射模块的结构组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，该能见度探测激光雷达装置，其包括激光发射模块、信号接收模块、光电探测模块、定位模块、扫描模块、角度测量模块、数据处理与控制模块、防强光直射模块、供电模块，其中，

所述激光发射模块，采用红外线、可见光或紫外线波段脉冲激光器作为光源，用于发射脉冲激光光束；

所述信号接收模块，采用透镜或反射镜，与光电探测模块连接，用于接收大气后向散射光回波信号，并将其汇聚在光电探测模块的光探测器感光面上；

所述光电探测模块，采用雪崩光电二极管或光电倍增管作为光探测器，用于对接收的回波光信号进行光电转换、信号滤波与放大处理；

所述定位模块，采用GPS定位模块或北斗卫星定位模块，用于采集激光雷达所在位置的经纬度信息，并将其发送至数据处理与控制模块进行处理；

所述扫描模块，采用振镜扫描模块，扫描速度快，重复定位精度高，用于进行激光雷达的三维扫描；

所述角度测量模块，采用地磁角传感器与倾角传感器，用于获取激光雷达当前测量姿态的垂直倾斜角度与水平地磁角度信息；

所述防强光直射模块，用于实时监测强光源（如太阳、大功率照明灯等）的方位，在发生强光直射危险时，遮挡激光发射模块与信号接收模块的光路，防止强光聚焦，保护能见度探测激光雷达装置内部器件的安全；

所述数据处理与控制模块，与激光发射模块、扫描模块、光电探测模块、定位模块、角度感知模块、防强光直射模块连接，输出信号控制激光发射模块周期性地发射激光，控制扫描模块实现空间三维扫描；同时，接收光电探测模块传输的电信号，接收定位模块传输的经纬度定位信号，接收角度感知模块传输的地磁角与倾斜角信号；上述信号经数据处理与控制模块处理后，获得空间三维能见度分布数据；

所述电源模块，用于为激光发射模块、信号接收模块、光电探测模块、数据处理与控制模块、定位模块、扫描模块、角度测量模块、防强光直射模块供电。

本实用新型能见度探测激光雷达装置，其工作方式为：

一次测量时：所述激光发射模块发射一束脉冲激光；所述信号接收模块接收大气分子回波光信号；所述光电探测模块对回波光信号进行光电转换、信号滤波与放大；所述数据处理与控制模块控制激光发射模块发射脉冲激光束，接收光电探测模块传输的电信号，接收定位模块传输的经纬度定位信号，接收角度感知模块传输的地磁角与倾斜角信号；经反演运算，获得激光雷达当前定位点，当前姿态（地磁角度与倾斜角度）的一条能见度廓线信息；所述定位模块向数据处理与控制模块发送经纬度定位信息；所述角度测量模块向数据处理与控制模块发送地磁角度与倾斜角度信息；一次测量结束，数据处理与控制模块控制扫描模块移动至下一测量位置，开始下一次测量。

通过多次测量，即能够获取空间三维能见度分布数据。

如图2所示，上述的防强光直射模块包括强光感知子模块、电动挡板子模块，所述强光感知子模块由聚焦镜、传输光纤和光电二极管组件组成，聚焦镜用于将光信号聚焦到传输光纤前表面上，传输光纤用于将光信号传输到光电二极管的光敏面上，光电二极管组件用于进行光信号到电信号的转换、放大与滤波，并将电信号发送到数据处理与控制模块中，数据处理与控制模块识别上述电信号，并与预先设定的阈值进行对比；所述电动挡板子模块由电动推杆、以及与之连接的遮光挡板组成，电动推杆用于接收数据处理与控制模块发送的指令，推动遮光挡板移动，在强光照射时遮挡激光发射模块与信号接收模块光路，防止强光聚焦。

所述强光感知子模块能够先于激光发射模块与信号接收模块感知到强光照射；当强光源进入强光感知子模块的光学视场时，上述电信号将高于所设定的阈值，此时，数据处理与控制模块向电动挡板子模块中的电动推杆发送前进命令，电动推杆推动遮光挡板，遮挡激光发射模块与信号接收模块光路，防止强光聚焦。当强光源离开强光感知子模块的光学视场时，上述电信号将低于所设定的阈值，此时，数据处理与控制模块向电动挡板子模块中的电动推杆发送后退命令，电动推杆带动遮光挡板收回，打开激光发射模块与信号接收模块光路，能见度探测激光雷达恢复工作。

上述的激光发射模块为同轴激光雷达，所述强光感知子模块的视场角大于信号接收模块视场角与激光发射模块视场角中的最大值。

上述的激光发射模块为非同轴激光雷达，所述强光感知子模块的视场角大于信号接收模块视场角与激光发射模块视场角之和。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能见度探测激光雷达装置，其特征是：其包括激光发射模块、信号接收模块、光电探测模块、定位模块、扫描模块、角度测量模块、数据处理与控制模块、供电模块，其中，

所述激光发射模块，用于发射脉冲激光光束；

所述信号接收模块，用于接收大气后向散射光回波信号，并将其汇聚在光电探测模块的光探测器感光面上；

所述光电探测模块，用于对接收的回波光信号进行光电转换、信号滤波与放大处理；

所述定位模块，用于采集激光雷达所在位置的经纬度信息，并将其发送至数据处理与控制模块进行处理；

所述扫描模块，用于进行激光雷达的三维扫描；

所述角度测量模块，用于获取激光雷达当前测量姿态的垂直倾斜角度与水平地磁角度信息；

所述数据处理与控制模块，用于输出信号控制激光发射模块发射激光，控制扫描模块进行空间三维扫描；同时，接收光电探测模块传输的电信号，接收定位模块传输的经纬度定位信号，接收角度测量模块传输的地磁角与倾斜角信号；上述信号经数据处理与控制模块处理后，获得空间三维能见度分布数据；

所述供电模块，用于为上述各个模块供电。

2.根据权利要求1所述的能见度探测激光雷达装置，其特征是：其激光发射模块采用红外线、可见光或紫外线波段脉冲激光器作为光源。

3.根据权利要求1所述的能见度探测激光雷达装置，其特征是：其信号接收模块采用透镜或反射镜；光电探测模块采用雪崩光电二极管或光电倍增管作为光探测器。

4.根据权利要求1所述的能见度探测激光雷达装置，其特征是：其定位模块采用GPS定位模块或北斗卫星定位模块。

5.根据权利要求1所述的能见度探测激光雷达装置，其特征是：其扫描模块采用振镜扫描模块。

6.根据权利要求1所述的能见度探测激光雷达装置，其特征是：其角度测量模块采用地磁角传感器与倾角传感器。

7.根据权利要求1所述的能见度探测激光雷达装置，其特征是：其还包括防强光直射模块，防强光直射模块与数据处理与控制模块连接，用于实时监测强光源的方位，在发生强光直射危险时，遮挡激光发射模块与信号接收模块的光路。

8.根据权利要求7所述的能见度探测激光雷达装置，其特征是：其防强光直射模块包括强光感知子模块、电动挡板子模块，所述强光感知子模块由聚焦镜、传输光纤和光电二极管组件组成，聚焦镜用于将光信号聚焦到传输光纤前表面上，传输光纤用于将光信号传输到光电二极管的光敏面上，光电二极管组件用于进行光信号到电信号的转换、放大与滤波，并将电信号发送到数据处理与控制模块中进行处理；所述电动挡板子模块由电动推杆、以及与之连接的遮光挡板组成，电动推杆用于接收数据处理与控制模块发送的指令，推动遮光挡板移动，在强光照射时遮挡激光发射模块与信号接收模块光路，防止强光聚焦。

9.根据权利要求8所述的能见度探测激光雷达装置，其特征是：其激光发射模块为同轴激光雷达，所述强光感知子模块的视场角大于信号接收模块视场角与激光发射模块视场角中的最大值。

10.根据权利要求8所述的能见度探测激光雷达装置，其特征是：其激光发射模块为非同轴激光雷达，所述强光感知子模块的视场角大于信号接收模块视场角与激光发射模块视场角之和。

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