[实用新型]用于激光雷达的复合式扫描系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，具体涉及一种用于激光雷达的复合式扫描装置。

背景技术

传统的激光雷达从应用上讲大致分为两类，分别为跟踪式激光雷达与测量式激光雷达。

跟踪式激光雷达主要用于激光制导跟踪场合，利用超大功率(瞬时功率万瓦)激光器对目标进行照射，而后在接收端采用高速阵列探测器，对目标进行高速测距以及成像。这类雷达的优点在于可以实现高速的立体成像，缺点在于阵列探测器的像元尺寸受到限制所以其成像的二维分辨率无法做的太高，并且视场极小。

测量式激光雷达主要用于地形地貌测量与大气测量等场合，利用大功率激光器对目标进行逐点扫描，而后在接收端采用单一探测器，对目标进行高速逐点测距最后成像。这类雷达的优点在于可以实现大面积的成像，缺点在于成像过程分辨率较低，而且系统的分辨率精度还受扫描伺服系统的约束。

现有技术不足之处在于：

传统激光雷达系统，在成像过程中主要有两个参数制约着激光雷达的成像带宽，分别是固态激光器的重复频率和扫描系统的扫描带宽与扫描精度。为了提高激光雷达的成像带宽与精度，近年来国内外诸多学者为此提出了诸多解决方案。Tuley等人提出采用对二维激光雷达增加一维扫描装置的方法实现三维测量，Surmann等人采用机械式二维扫描装置实现三维激光测量，瞿荣辉等人提出一种基于电光扫描的光学相控阵技术，孟昭华等人使用窄线宽半导体激光器利用声光移频器、马赫-曾德尔幅度调制器构建了一套基于平衡相干探测与啁啾调幅的激光测距实验系统，郑睿童等人提出一种基于线阵APD探测器的脉冲式一维非扫描激光雷达系统，吴丽娟等人提出改革模式APD阵列无扫描式激光雷达，并对其三维成像进行了仿真。所述虽然扫描方式简单，扫描角度大，但是扫描效率低，激光光斑行与行之间的间距比较大，光斑分布的均匀性受很大限制。所用的声光扫描和电光扫描的方式，扫描速度快、效率高，属无惯性扫描，但其扫描视场小且均匀性差，提出的无扫描方式虽然具有对激光脉冲频率要求低，成像速度快的优点，但扫描视场小，分辨率低。

实用新型内容

本实用新型为解决现有激光雷达扫描系统存在扫描效率低、激光光斑行与行之间的间距比较大，光斑分布的均匀性受限；且扫描视场小、均匀性差以及分辨率低等问题，提供一种用于激光雷达的复合式扫描系统。

用于激光雷达的复合式扫描系统，包括发射子系统、接收子系统和电控系统；所述发射子系统包括DFB激光器、两级EDFA和光学发射系统；接收子系统包括光学接收系统、PZT快速倾斜镜、X轴振镜、Y轴振镜以及大光敏面APD；所述电控系统包括信号处理电路、PZT驱动器、FPGA、ARM处理器、上位机、X轴振镜驱动器和Y轴振镜驱动器；

所述DFB激光器接收FPGA发出的数字信号后出射高频激光，所述高频激光经过两级EDFA放大后经光学发射系统准直入射到PZT快速倾斜镜上，所述PZT驱动器控制PZT快速倾斜镜向X轴和Y轴方向步进，所述激光束经X轴振镜的反射镜和Y轴振镜的反射镜反射后在被测目标区域形成多个扫描点组成的PZT扫描视场，所述X轴振镜驱动器和Y轴振镜驱动器分别控制X轴振镜和Y轴振镜偏转，经PZT快速倾斜镜反射的光束通过X轴振镜和Y轴振镜的反射镜反射后逐行扫描并在被测目标区域形成振镜扫描视场，所述振镜扫描视场由多个PZT扫描视场拼接组成；

经被测目标区域发生漫反射的光束由光学接收系统接收并会聚至大光敏面APD，所述大光敏面APD对回波信号光电转换后传送至信号处理电路，所述信号处理电路从回波光电信号中提取被测区域不同位置的距离信息，通过该距离信息并将所述距离信息传送至ARM处理器，所述ARM处理器根据所述距离信息与PZT快速倾斜镜位置信息、X轴振镜位置信息和Y轴振镜位置信息计算获得被测目标区域各点的三维信息，并将三维信息发送到上位机，由上位机对采集到的数据进行处理得到三维激光雷达图像；所述激光束的回波发散角小于等于PZT快速倾斜镜单步偏转角的2倍。