[发明专利]三维成像激光雷达系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达，特别是一种基于电光调制的三维成像激光雷达。

背景技术

激光三维成像雷达技术能够同时获得方位、俯仰、距离、强度信息， 且具有分辨率高、抗干扰能力强、隐蔽性能好等优点，能够用来进行距离 测量、角度测量、角度跟踪、目标速度测量以及目标活动的指示、跟踪超 低空飞行目标等。激光三维成像雷达的这些特质使得广泛应用于地形测绘、 敌情侦察、目标跟踪等军事和民用领域。三维成像激光雷达技术从成像体 制上可以分为相干成像和非相干成像两种，相干成像的距离分辨率高，可 达毫米量级，但其探测距离很近，限制了其应用范围。非相干三维成像的 激光雷达技术从扫描方式上又可以分为扫描成像和非扫描成像两大类。其 中扫描成像利用激光单点测距，通过高重频的激光脉冲和快速扫描技术来 实现对目标的激光点云成像，技术相对比较成熟，以民用的地形测绘激光 雷达为代表，已经有成熟的产品问世。但对于单点扫描的激光雷达，其最 大探测距离上光脉冲的往返飞行时间必须小于其脉冲间隔。对于远距离的 探测，为提高系统的横向分辨率，需要尽可能高的激光重频，但高重频的 脉冲间隔很短，又限制了其探测距离，并且扫描方式对高速运动的目标不 适用，因此，无扫描三维成像的激光雷达技术日益成为当前研究的热点。

无扫描的三维成像激光雷达技术又分为基于雪崩光电二极管 (avalanchephotodiode，APD)阵列探测器的“闪光式”成像和基于面阵探 测器件调制成像两种。其中，APD阵列探测器中每个像元都单独工作，基 于脉冲飞行时间测距，从而得到每一个像元上的距离信息，其优点是成像 帧速高、图像无运动失真和抗背景光干扰能力强。但这一技术对元器件的 要求很高，要求大面阵的APD阵列和高速的读出电路，国内尚无此类器 件，并且国外对我国实行禁运。除此之外，其横向分辨率也受到器件的限 制，当前最先进的林肯实验室正在研制APD阵列，其像元也只有256×256 单元。这种情况下，基于面阵探测器件调制成像的三维成像方式就成为一 种较好的选择。国内浙江大学和哈尔滨工程大学利用ICCD增益调制技术 实现了一定距离上的三维成像，取得了一定成果。然而由于ICCD的成像 是基于微通道板(MCP)、荧光屏和普通CCD三种器件，其成像信号经过 光->电->光->电的多重转换过程，其中引入了较多的噪声，并且受限于 MCP的分辨率以及与CCD耦合过程，其图像的传递函数较低，横向分辨 率不高。

发明内容

为了能够较好的克服ICCD增益调制横向分辨率低的问题，本发明提 出了一种基于高速电光调制的三维成像激光雷达。

根据本发明一方面，其提出了一种基于电光晶体调制的三维成像激光 雷达系统，该激光雷达系统包括主控电路模块(100)、激光照明模块(200)、 激光发射光学系统(300)、激光接收光学系统(400)、高速电光调制模块 (500)、EMCCD成像模块(600)和上位机(700)；