[发明专利]一种多线扫描式激光雷达装置

说明书

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及的是一种利用共心球形透镜组实现的多线扫描式激光雷达装置。

背景技术

激光雷达主要由发射系统、接收系统、信号处理、随动控制系统和显示系统构成。其工作原理如下：激光器发射激光，通过光学调制器、波束控制器和光学扫描系统射向空间，在扫描系统的控制下，激光束按照特定的方式在空间扫描，当激光光斑照射到目标时，发生散射现象，散射回来的一部分的光电信号，通过光学接收系统在光学探测器上被检测，后经混频转换为电信号，再经过放大，信息处理，最终显示目标信号。

成像激光雷达是具有对目标三维成像能力的激光雷达。国外自20世纪60年代发明激光雷达以来，就对成像激光雷达展开了深入的研究，并且在军用领域和民用领域进行了广泛的运用。目前在美国，成像激光雷达已作为新一代的精确自动制导传感器，用来制导先进的巡航导弹、航空导弹、灵巧弹药等。美国的休斯公司、Scwhatz公司、SPanta公司、洛雷尔系统公司以及法国的汤姆逊公司在20世纪80年代末至90年代初还分别研制出半导体激光成像雷达，用于战场巡查、低空飞行器下视和防撞以及主动激光制导等。

成像激光雷达根据成像方式可分为两种：一种为单元探测器配合扫描系统的扫描式成像激光雷达；另一种是非扫描成像激光雷达。虽然非扫描成像激光雷达具有结构简单、成像速度快等优点，但其焦平面阵列发展并不成熟，尤其在国内，面阵探测器很难得到，因此目前激光雷达多采用扫面成像工作体制。

目前的激光雷达技术主要是要将散射回来的一部分的光电信号经混频转换为电信号才能显示目标信号，转换中有信号的损失而导致目标信息不准确。另外，目前扫面成像的激光雷达的成像方式有一定的局限性：其多采用非共心球面镜头，激光器组和其对应的APD接收器件放在焦平面上，这样会造成，光轴外的激光器组与光轴上激光器组的像差不相同，从而导致测量的误差不同。

发明内容

本发明中的目的是提供一种利用共心球形透镜组实现的多线扫描且不需要混频的多线扫描式激光雷达装置。

激光雷达测距仪的原理如下。

激光雷达的最大可测距离R_max是重要的性能之一。设激光器的发射功率为P_t,目标距离为R，激光束在目标处的光束截面积是S_L,目标被照表面与光束截面的夹角为α,则该表面的照度为：

E=Pcosα/S_L

其中P=R_tτ₀τ_α为到达目标的激光功率。设目标的反射率为ρ,它被照射的单位面积所发射的光功率为：

P_e=ρPcosα/S_L

接收物镜入瞳面积S_e对目标被照射面积中心张立体角为S_e/R²。假设目标能均匀的漫反射，则它每单位面积向单位立体角内反射的功率为P_e/2π。考虑到发射接收光学系统的透过率τ₀大气透过率τ_α则接收到的激光回波功率为：

Pr=Pe2π·τ0·τα·SeR2·S]]>

式中S为被照射且在测距机市场内的目标面积。

如果激光束完全射在目标上，则：