[发明专利]一种测量水深的方法及激光雷达系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光探测技术领域，特别是涉及利用回波信号偏振特性实现水深测量的一种激光雷达系统方案。

背景技术

水深的测量是人们获得海底或者河道地形数据的主要手段，是获得水底地形数据测绘的重要手段。水底地形由于水体的流动经常产生变化，给船只的航行造成了很大的安全隐患，因此研究者们对如何获取水深展开了深入的研究。传统获取水深的方法包括船载声呐探测、机载激光探测、潜水器探测、超光谱图像测量等。但是它们普遍具有成本高、效率低的特点，一些方法的测量精度还会受海水清澈度的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术成本高、效率低、测量精度低的问题，提供一种测量水深的方法及激光雷达系统。

本发明所述的一种测量水深的方法为：

对激光器(1)发出的激光脉冲信号进行线偏振调制，使线偏振调制后的激光脉冲信号经发射光学系统(3)发射到水面上；

通过接收光学系统(4)接收水面及水底回波信号并发送至偏振分束器，水面回波信号从偏振分束器(5)透射出去，水底回波信号从偏振分束反射出去，采用两个Gm-APD单光子探测器分别探测两束光的到达时间；

根据两束光的到达时间差计算出水深。

本发明所述的一种测量水深的激光雷达系统包括激光器(1)、线偏振片(2)、发射光学系统(3)、接收光学系统(4)、偏振分束器(5)、第一Gm-APD单光子探测器(6)、第二Gm-APD单光子探测器(7)和信号处理模块(8)；

所述激光器(1)发出的激光经线偏振片(2)透射后，由发射光学系统(3)发射至水面；

接收光学系统(4)用于接收水面及水底回波信号，从接收光学系统(4)出射的水面及水底回波信号经偏振分束器(5)分成两束，一束入射至第一Gm-APD单光子探测器(6)，另一束入射至第二Gm-APD单光子探测器(7)；

第一Gm-APD单光子探测器(6)和第二Gm-APD单光子探测器(7)的探测信号输出端分别连接信号处理模块(8)的两个探测信号输入端。

对发射激光信号采用线偏振调制，接收时利用水面和水底激光反射信号的差异：水面比较平坦其反射特性近似于水面，反射信号的偏振方向与发射信号的偏振方向一致；而水底的反射信号一般偏振退化比较严重，有一部分回波信号的偏振方向会改变为与发射方向垂直的方向上。我们在接收系统中使用一个偏振分束器，可以将水面反射的原偏振方向的信号和水底反射的另一个偏振方向上的信号有效的区别分开，从而采用两个Gm-APD单光子探测器分别探测水面和水底的回波信号差值，进而根据激光信号的飞行时间计算出水深。

本发明所使用的光学器件成本低，测量过程非常简单易行，对信号的处理过程也简单，测量效率高。其中Gm-APD单光子探测器能有效的提高本系统的灵敏度，甚至对较深水域单光子的回波信号也能进行测量，扩大了上述方法及系统的适用范围。

附图说明

图1为本发明所述的测量水深的激光雷达系统的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种测量水深的方法为：

对激光器(1)发出的激光脉冲信号进行线偏振调制，使线偏振调制后的激光脉冲信号经发射光学系统(3)接近垂直方向发射到水面上；

通过接收光学系统(4)接收水面及水底回波信号并发送至偏振分束器，水面回波信号从偏振分束器(5)透射出去，水底回波信号从偏振分束反射出去，采用两个Gm-APD单光子探测器分别探测两束光的到达时间；

根据两束光的到达时间差计算出水深。

本实施方式对发射激光信号采用线偏振调制，接收时利用水面和水底激光反射信号(即回波信号)的差异：水面比较平坦其反射特性近似于水面，其回波信号的偏振方向与发射信号的偏振方向一致；而水底反射的回波信号一般偏振退化比较严重，有一部分回波信号的偏振方向会改变为与发射方向垂直的方向上。在接收系统中使用一个偏振分束器，可以将水面的原偏振方向的回波信号和水底发射的另一个偏振方向上的回波信号有效的区别分开，从而采用两个Gm-APD探测器分别探测水面和水底的回波信号差值，根据激光信号的飞行时间计算出水深。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种测量水深的激光雷达系统包括激光器(1)、线偏振片(2)、发射光学系统(3)、接收光学系统(4)、偏振分束器(5)、第一Gm-APD单光子探测器(6)、第二Gm-APD单光子探测器(7)和信号处理模块(8)；