[发明专利]基于多面阵APD阵列的复合模式激光雷达成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及雷达工程领域，具体涉及一种基于多面阵APD阵列的复合模式激光成像雷达。

背景技术

激光雷达是经典雷达技术与现代激光技术相结合的产物，具有精准、快速、灵敏等一系列独特的特点。随着激光雷达应用越来越广泛，各领域对激光雷达的性能也提出了更高的要求。

目前激光主动成像探测技术主要包括两种：扫描型和非扫描型。扫描激光三维成像可以实现大视场、远距离成像功能，但每一幅图像都需要多次扫描，而多次扫描致使成像帧频降低，并且难以对运动物体成清晰图像；而非扫描激光三维成像雷达具有成像速度快，分辨率高的优点，但视场小，不具有远程探测的优势，对激光功率和接收探测器的要求较高。单一成像机制无法同时满足远距离、大视场与高帧频、高分辨率成像的需求。为了突破单独扫描成像速度慢与非扫描成像视场小的局限，实现远距离、高帧频和高分辨率目标探测与识别，本发明设计出具有扫描与非扫描一体化成像工作机制的光纤相控阵激光三维成像雷达。

发明内容

本发明为解决现有成像技术单一，无法同时满足远距离、大视场与高帧频、高分辨率成像的需求等问题，提供一种基于多面阵APD阵列的复合模式激光雷达成像系统。

基于多面阵APD阵列的复合模式激光雷达成像系统，所述成像雷达系统能够实现扫描成像与凝视成像两种工作模式，且两种工作模式既能够独立工作，又能够同步协调工作；包括中央处理单元、激光发射系统和回波接收系统；

所述激光发射系统包括激光器模块、第一发射系统、第二发射系统，

第一发射系统包括相位调制器阵列、光纤放大器阵列、准直扩束光路阵列、单向玻璃阵列和光学相控阵阵列；第二发射系统包括相位调制器、光纤放大器、准直扩束光路、单向玻璃和光学相控阵；

所述回波接收系统包括第一接收系统和第二接收系统；所述第一接收系统包括滤光片阵列、双胶合透镜阵列、面阵APD阵列、多组淬火电路和第一距离测量单元；第二接收系统包括滤光片、双胶合透镜、面阵APD、淬火电路和第二距离测量单元；

所述中央处理单元向激光器模块发送控制信号，向激光发射系统发送驱动信号；激光器模块接收到中央处理单元发送的控制信号后发射多束激光，所述多束激光分别经第一发射系统的相位调制器阵列、光纤放大器阵列和准直扩束光路阵列后经单向玻璃阵列进入光学相控阵阵列，所述第一发射系统中的光学相控阵阵列根据接收的驱动信号控制多束激光偏转并对目标区域进行电光扫描；多束激光经过目标区域反射后，再次经过光学相控阵阵列、单向玻璃阵列反射至第一接收系统，多束激光分别经过滤光片阵列和双胶合透镜阵列后汇聚到面阵APD阵列的感光面上，所述面阵APD阵列将接收的多束激光的光信号转换成电信号，经对应的淬火电路后由第一距离测量单元计算目标区域的距离信息，并传递至中央处理单元；所述中央处理单元根据多束激光偏转角度信息以及目标区域的距离信息，获得目标的空间位置坐标，并进行三维图像重构，实现雷达系统扫描成像；

在扫描成像后，发现目标区域存在可疑目标时，对可疑目标进行凝视成像，具体过程为：

激光器模块接收到中央处理单元发送的控制信号后发射单束激光，所述单束激光经第二发射系统中的相位调制器、光纤放大器和准直扩束光路后再经单向玻璃进入光学相控阵，所述激光发射系统中的第二发射系统的光学相控阵根据接收的驱动信号控制单束激光偏转并对可疑目标区域进行凝视；单束激光经过可疑目标反射后，再经光学相控阵、单向玻璃反射至第二接收系统，单向激光依次经过滤光片、双胶合透镜后，单束激光投射到面阵APD的感光面上，所述面阵APD将接到激光的光信号转换成电信号，经淬火电路后由第二距离测量单元计算目标区域的距离信息，并传递给中央处理单元；根据单束激光偏转角度信息以及距离信息，获得可疑目标的空间位置坐标，并进行三维图像重构，实现雷达系统凝视成像。

本发明的有益效果：

一、本发明采用光学相控阵作为光束偏转器件，实现光束高精度的偏转与扫描，具有高的稳定性和分辨率、可编程实现多光束同步和动态聚焦/散焦能力、体积小、重量轻等优点，有效的减小了系统的体积。采用盖革模式APD阵列作为光电探测接收器件，实现更远距离的探测，以及获取更高的距离分辨率。

二、本发明设计了基于多光束扫描体制的远距离激光三维成像系统设计，降低了对单光束激光脉冲功率的要求。

三、本发明设计了基于非扫描体制的高帧频激光三维成像系统设计，采用128X128像元数APD作为成像传感器，单光束照射一次成像。