[发明专利]可实现单脉冲测距的光子计数激光雷达及恒虚警控制方法

权利要求书

1.一种可实现单脉冲测距的光子计数激光雷达，其特征在于，包括测距管理终端、时序控制电路、激光器驱动电路、脉冲半导体激光器、发射光学系统、接收光学系统、电动可调光学衰减器、恒虚警衰减控制单元、盖革模式APD组件、距离门电路、控制传递器、高精度计时电路和计数电路，其中测距管理终端与时序控制电路和计时电路相连；时序控制电路与激光器驱动电路、恒虚警衰减控制单元、控制传递器、计时电路和计数电路相连；激光器驱动电路与脉冲半导体激光器相连，脉冲半导体激光器的发光结设置在发射光学系统的焦点上；接收光学系统的焦点处设置盖革模式APD组件，接收光学系统发射光轴与盖革模式APD组件的接收光轴平行，盖革模式APD组件与计时电路、计数电路和控制传递器相连；在接收光学系统与盖革模式APD组件之间设置电动可调光学衰减器，电动可调光学衰减器与恒虚警衰减控制单元相连，恒虚警衰减控制单元与计数电路相连；控制传递器通过距离门电路与盖革模式APD组件相连；

光子计数激光雷达的恒虚警控制方法，包括如下步骤：

步骤1、工作前预恒虚警调控：在激光雷达工作前，时序控制电路控制传递器触发盖革模式APD组件检测噪声光子，计数电路记录噪声光子数，测距管理终端计算工作前的预虚警率，并与预期虚警率对比，若不一致，则通过恒虚警衰减控制单元驱动电动可调光学衰减器衰减入射光强，使得预虚警率达到预期虚警率，实现工作前预恒虚警调控；

步骤2、单脉冲发射：预虚警率调控完毕后，时序控制电路通过激光器驱动电路驱动半导体脉冲激光器产生激光脉冲，激光脉冲经过发射光学系统扩束、准直后照射向待测目标；与此同时，时序控制电路根据设定的“距离门等待时间”和“距离门延时”控制距离门电路产生光电探测器使能信号，驱动盖革模式APD组件检测光子，计时电路同步计时，光子计数电路同步计数；

步骤3、工作过程中虚警恒调控：当完成设定的探测周期后，测距管理终端根据回波信号峰值剔除信号探测时隙，统计纯噪声光子事件的计数次数之和，计算虚警率，并与预期虚警率对比，若不一致，则通过恒虚警衰减控制单元驱动电动可调光学衰减器衰减入射光强，使得虚警率达到预期虚警率，实现工作过程中虚警恒调控，其中：

步骤1计算预虚警率的公式为：

式中，P_f-n为预虚警率，为每个死区时间内的噪声光子探测概率，T_d为死区时间，M_n为背景光噪声事件数，T_g表示距离门宽度。

2.根据权利要求1所述的可实现单脉冲测距的光子计数激光雷达，其特征在于，采用905nm脉冲半导体激光器作为探测光源。

3.根据权利要求1所述的可实现单脉冲测距的光子计数激光雷达，其特征在于，脉冲半导体激光器的发射脉冲宽度大于盖革模式APD组件的死区时间。

4.根据权利要求1所述的可实现单脉冲测距的光子计数激光雷达，其特征在于，步骤3选择设定选择探测周期内回波信号峰值的时间点为基准，向前退一个脉冲宽度，计算该时间点领域内的平均噪声光子探测事件数量，若计数次数大于平均噪声光子探测事件数量，则对应的时隙为信号探测时隙，剔除信号探测时隙后，统计纯噪声光子事件的计数次数之和计算虚警率。

5.根据权利要求1所述的可实现单脉冲测距的光子计数激光雷达，其特征在于，若死区时间小于距离门宽度减去两倍脉冲的时间，则步骤3中计算虚警率的公式为：

式中，P_f-s表示虚警率，M_s表示探测周期内纯噪声光子事件的计数次数之和，T_W表示脉冲宽度的时间，T_g表示距离门宽度，T_d表示死区时间，m表示探测周期与单脉冲测距周期的比值。

6.根据权利要求1所述的可实现单脉冲测距的光子计数激光雷达，其特征在于，若死区时间大于距离门宽度，则步骤3计算虚警率的公式为：

式中，P_f-s表示虚警率，M_s表示探测周期内纯噪声光子事件的计数次数之和，T_W表示脉冲宽度的时间，T_g表示距离门宽度，T_d表示死区时间，m表示探测周期与单脉冲测距周期的比值。