[发明专利]一种激光雷达收发对准装置及方法

说明书

本发明涉及一种激光雷达收发对准装置及方法，属于激光遥感技术领域，可用于激光雷达系统收发光轴的对准。该装置及方法通过焦面指示光、独立的面阵相机及导光棱镜并配合相应的算法构建了一套独立的收发失配测量系统，通过该系统可以实时获得收发失配量，并指导激光指向调整单元完成激光雷达系统收发对准。

技术领域

本发明涉及一种激光雷达收发对准装置及方法，属于激光遥感技术领域，可用于激光雷达系统收发光轴的对准。

背景技术

激光雷达可以用于距离探测和大气探测，是应用较为广泛的一种激光应用技术。

激光雷达通常采用极小发散角的激光发射和极窄的视场接收，因而激光发射光轴与接收光轴的对准是影响激光雷达效能的关键因素。

在实际应用中，可以采用较大的接收视场来确保即使收发光轴偏离也能接收到信号，但是较大的接收视场会引入较大的背景光噪声。

使用小的接收视场可以有效抑制背景光噪声的干扰，但是会因为结构稳定性的影响造成收发光轴对准性变差，进而降低接收效率甚至使系统失效。

为此，人们设计了用于激光雷达的自动对准装置。当前的自动对准装置通常在接收光学系统的后端设置CCD或CMOS等面阵成像器件，通过分光或者切换光路方法将回波光或共光路指示光成像在上述面阵器件上。通过面阵器件上的光斑像与接收视场的对准关系判断失配量并调整激光发射轴或接收视场光轴完成收发匹配。

上述方法通常要损失部分回波光或者引入高重复性的切换机构，往往也需要与激光雷达系统分时工作。主要不足在于：(1)损失部分回波信号；(2)引入重复性要求较高的切换机构；(3)实时性较差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种激光雷达收发对准装置及方法，该装置及方法通过焦面指示光、独立的面阵相机及导光棱镜并配合相应的算法构建了一套独立的收发失配测量系统，通过该系统可以实时获得收发失配量，并指导激光指向调整单元完成激光雷达系统收发对准。

本发明的技术解决方案是：

一种激光雷达收发对准装置，该激光雷达包括激光发射单元、接收望远镜和回波探测单元；

该收发对准装置包括发射光轴导光棱镜、光轴监视相机、接收光轴导光棱镜、第一焦面指示光源和第二焦面指示光源；

第一焦面指示光源和第二焦面指示光源位于接收望远镜的接收焦面的不同位置，且第一焦面指示光源的中心、第二焦面指示光源的中心以及回波探测单元的中心共线；

所述的发射光轴导光棱镜用于截取激光发射单元发射的激光，并将截取的激光传输至光轴监视相机；

所述的第一焦面指示光源用于出射光束给接收望远镜，接收望远镜接收到光束后将接收到的光束准直成第一准平行光后对外发射；

第二焦面指示光源用于出射光束给接收望远镜，接收望远镜接收到光束后将接收到的光束准直成第二准平行光后对外发射；

所述的接收光轴导光棱镜用于截取收望远镜发射的第一准平行光和第二准平行光，并将截取的第一准平行光和第二准平行光传输至光轴监视相机；

所述的光轴监视相机用于接收发射光轴导光棱镜传输的激光，还用于接收接收光轴导光棱镜传输的截取的第一准平行光和第二准平行光，并将接收到的激光在光轴监视相机的焦面上形成一个光斑B，将接收到的截取的第一准平行光在光轴监视相机的焦面上形成一个光斑A，将接收到的截取的第二准平行光在光轴监视相机的焦面上形成一个光斑C。

一种激光雷达收发对准方法，该方法的步骤包括：

(1)激光雷达中激光发射单元发射激光到发射光轴导光棱镜，发射光轴导光棱镜截取部分激光，并将截取的部分激光传输至光轴监视相机；