[发明专利]机载凝视成像激光雷达同步触发系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机载凝视成像激光雷达同步触发系统，属于成像 激光雷达高分辨率对地观测领域。

技术背景

目前国内外公开报道的对地观测的激光雷达三维成像系统，大多 是基于激光点扫描三维成像方法，即通过测量激光发射与接收到回波 的时间间隔，测得激光探测雷达平台到地球表面点的距离。这是一种 将地球表面点有效地映射到三维坐标中的直接方法。但该技术是扫描 型的，每次只能测表面的一个点，如果要对表面大面积成像或者进行 地图测绘，就需要在与探测目标相复合的覆盖范围内，将激光束沿航 空飞行轨道方向与垂直于该方向上对地进行二维扫描，同时逐点进行 (高频率的)测距。此外，光机扫描技术从系统原理上也存在一系列 的问题，主要有：①激光束要求具有高的扫描指向精度，扫描镜运动 的非线性以及系统机械磨损影响其精度；②由于激光束发散的影响， 在远方激光点云斑有一定面积，对有相对地形起伏或地物较复杂的区 域，激光测距的回波不规整会带来的较严重的测距误差；③光机扫描 元件增加了系统的重量、体积以及额外功耗，使系统的小型化、模块 化变得较为困难；④为了得到高覆盖率、高垂直距离分辨力、高地元 空间分辨力和高探测信号信噪比，发射激光必须具有很高的重复频 率、足够的脉冲能量、很小的发散角、窄脉宽等特性，以取得比较好 的三维测量结果，这要求采用很高性能的激光器，对激光器的制造与 获得提出了挑战。

而采用凝视成像激光雷达可以通过面阵成像方式能获取目标的 三维信息，具有成像速度快、探测范围大、抗干扰能力强等优点，并 且其三维观测分辨力也明显高于目前国内自行研制的机载扫描型三 维成像激光雷达系统。该方法不需要扫描系统，可降低系统复杂度， 提高易操作性、易维护性及测量数据的可靠性。

而采用基于ICCD(intensified charge couple device，增强型电荷 耦合摄像器件)的机载凝视成像激光雷达可以通过面阵成像方式能获 取目标的三维信息，具有成像速度快、探测范围大、抗干扰能力强等 优点，并且其三维观测分辨力也将明显高于目前国内自行研制的机载 扫描型三维成像激光雷达系统。该方法不需要扫描系统，可降低系统 复杂度，提高易操作性、易维护性及测量数据的可靠性。

机载凝视成像激光雷达，如图1所示，包括：激光光源、激光扩 束模块、同步触发模块、光电成像探测器及目标高度判别模块、回波 光信号接收模块、信号存储模块、数据处理及三维图像生成模块组成。

其工作过程为：激光光源发出的脉冲激光束分成两路，一路经过 激光扩束模块的扩束后直接照射到成像目标，成像目标产生回波光信 号，并由回波光信号接收模块实时接收；另一路脉冲激光束传输到同 步触发模块，触发同步触发模块产生同步电脉冲信号，该同步电脉冲 信号发送至光电成像探测器及目标高度判别模块，作为光电成像探测 器及目标高度判别模块的工作触发信号，触发光电成像探测器及目标 高度判别模块接收回波光信号接收模块实时接收的回波光信号并将 其传输至信号存储模块进行存储，供数据处理及三维图像生成模块， 在后期处理时生成三维图像。

机载凝视成像激光雷达系统高空间分辨率动态成像得以实现的 关键技术之一是激光脉冲发射与成像高度及选通时间精确对应的高 精度的同步控制系统设计，只有为成像器件ICCD提供符合要求且与 激光发射脉冲对应的同步控制信号，成像器件ICCD才能准确工作， 实现不同探测距离对应的高分辨率面阵成像。

但是，目前国内外尚无机载凝视成像激光雷达同步触发系统的完 整实现公开。

发明内容

本发明的目的是为了实现高距离分辨率动态三维选通成像技术， 为成像器件的选通控制提供纳秒级的同步触发，提供一种机载凝视成 像激光雷达同步触发系统。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。