[发明专利]多孔径的光信号探测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光探测技术领域，特别涉及一种多孔径的光信号探测系统及方法。

背景技术

随着APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)、光电倍增管等光探测器件的快速发展，以及时间相关光探测技术的发展和应用，现有的光探测技术可以对非常微弱的光信号进行探测。利用APD或光电倍增管对光信号采用直接探测的方式要求外界背景光相对于信号光非常微弱，即要有较高的信噪比。以脉冲光信号探测为例，利用直接检测的方式通常要求信噪比大于5，利用时间相关技术可以降低对探测信号信噪比的要求，提高探测灵敏度，但这种技术不适合于探测快速运动的目标，当目标运动时，参与相关的各个信号脉冲的相关度会下降，相关效果会降低，且目标运动速度越快，相关效果越差，当由于目标运动引起的两个信号脉冲之间的时间差大于脉冲本身的时间宽度时，将无法进行时间相关。

以激光测距为例，传统的普通激光测距系统100′如图1所示，图中测距激光器11发出的激光12经被测目标装置13漫反射后的光14进入激光测距系统前端的接收天线15，接收天线15将漫反射光14汇聚到探测器16上，经探测器16完成光电转换，转换后的电信号在信号处理单元17中对比信号激光的发射和接收时刻经历的时间差，由此得出被测目标与激光测距系统的距离，并由显示器18显示测距结果。

当目标装置与激光测距系统较远，且背景光较强时，进入接收天线19中的光会非常弱，可能完全淹没在背景光噪声中，此时，利用图1所示的激光测距系统不能将信号光从背景光中分开，也就无法判断信号光到达的时间，因此无法进行测距；对于静止或运动速度慢的目标，可以采用时间相关的方法提高信噪比，将信号光从背景光中提取出来，但对于高速运动的目标，由于信号激光调制频率会随着目标运动速度的变化而变化，且回波信号激光的时间相关运算取决于信号激光的调制频率，这就导致目标运动速度越快，回波信号激光的调制频率改变越大，时间相关性也就越差，当目标运动速度超过某一值时，会使得激光回波失去相关性。

由此可见，当前激光测距系统虽然能够对非常微弱的光信号进行探测，但是当外界背景光的噪声比较强时，信号会淹没在噪声里，无法正确提取，采用时间相关技术可以提高信噪比和降低最小可探测光功率，但当探测目标高速运动时，该方法的作用效果将会下降，探测目标运动速度达到某一值时，无法进行时间相关。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出一种多孔径的光信号探测系统及方法，可以抑制噪声、凸显信号，并且可以提高信噪比和降低最小可探测光功率。

为达到上述目的，本发明第一方面提出一种多孔径的光信号探测系统，包括：多个探测单元，用于接收被测目标发射或反射的光信号，并对所述光信号进行光电转换以生成多路初始电信号，其中，每个所述探测单元包括一个探测器和对应的一个光学接收天线，每个所述光学接收天线对应一个接收孔径，每个所述探测单元用于接收所述被测目标发射或反射的光信号，并对所述光信号进行光电转换以生成一路初始电信号，其中，所述初始电信号包括噪声信号和被测目标信号；以及信号处理单元，用于接收来自所述多个探测单元所述多路初始电信号，并对所述多路初始电信号进行处理以提取所述被测目标信号，以及根据所述被测目标信号获取所述被测目标的信息。

根据本发明的多孔径的光信号探测系统，利用多个探测单元对被测目标发射或反射的光信号进行探测，并且利用信号处理单元对探测到的多路电信号进行处理，从而抑制背景光噪声、提取有用光信号，并且提高信噪比和降低最小可探测光功率，进而实现对低信噪比的光信号的探测。

本发明第二方面提出了一种多孔径的光信号探测方法，包括以下步骤：

采用多个探测单元对被测目标发射或反射的光信号同时进行探测；

每个探测单元对探测到的所述光信号分别进行光电转换，并将转换后的电信号在信号处理单元中进行处理以提取所述被测目标信号；以及

根据所述被测目标信号获取所述被测目标的信息，并由显示器显示。

根据本发明的多孔径的光信号探测方法，可以抑制空间随机分布和均匀分布的噪声、凸显信号，并且可以提高信噪比和降低最小可探测光功率，从而实现对低信噪比的光信号的探测。此外，还可以用于对高速运动目标进行探测。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：