[发明专利]一种主被动探测结合的远红外激光雷达装置及测量方法

说明书

本发明涉及一种主被动探测结合的远红外激光雷达装置及测量方法。激光器的输出端口与电光调制器的光源输入端口连接，任意函数发生器的波形输出端口与电光调制器的微波信号输入端口连接，电光调制器的信号输出端口与硫系芯片的输入端口连接，硫系芯片的输出端口与分束器连接，分束器的主光束输出端与光放大器的输入端连接，光放大器的输出端与微光学衍射元件连接；分光束的本振光束的输出端与本振延迟器连接；本振延迟器的输出端、以及光电探测器的输出端均与相干接收机的输入端连接，相干接收机的输出端与控制计算机连接，控制计算机与图像处理装置连接。本发明在识别算法复杂度、系统结构复杂度等多个方面，得到了有效提升。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，更具体地，涉及一种主被动探测结合的远红外激光雷达装置及测量方法。

背景技术

光电探测的方法可分为主动成像与被动探测两种方式。主动成像是指雷达系统本身提供光源进行照明，使雷达系统无需依赖太阳角即可全天候工作。主动成像的探测方法探测距离更远、分辨率更高、可对所扫描的物体实时进行3D建模成像。目前，市面上的激光雷达仅以主动成像技术作为其光电探测的手段，且激光探测波段多为905nm及1550nm。这使得目前的激光雷达在雨雪雾霾等恶劣天气下、以及夜间环境中难以有效识别目标。

被动探测技术则主要探测目标的红外热辐射信号，系统本身不发射信号，以此实现对目标的探测和识别。在夜间等环境中，被动探测技术的识别准确率更高。但在这种成像方式下，待测物体的辐射亮度会受到周围环境温度和发射率的影响，使得到的红外热成像图像具有分辨率低、噪声大、清晰度低的问题。

中国专利CN109100743A，公开日为2018.12.28，公开了一种主被动复合激光全息雷达，实现了主动探测和被动探测的结合，但是其结构复杂，扫描精度较低、测量速度较慢。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种主被动探测结合的远红外激光雷达装置及测量方法，简化了装置的结构，有效提高了探测精度和测量速度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种主被动探测结合的远红外激光雷达装置，包括激光器、电光调制器、任意函数发生器、硫系芯片、分束器、光放大器、微光学衍射元件、本振延迟器、光电探测器、相干接收机、控制计算机、图像处理装置以及光纤链路；所述的激光器的输出端口与电光调制器的光源输入端口连接，所述的任意函数发生器的波形输出端口与电光调制器的微波信号输入端口连接，电光调制器的信号输出端口与硫系芯片的输入端口连接，使探测光进一步被调制放大；所述的硫系芯片的输出端口与分束器连接，分束器的主光束输出端与光放大器的输入端连接，光信号被放大后，输入到微光衍射元件中；分光束的本振光束的输出端与本振延迟器连接；本振延迟器的输出端、以及光电探测器的输出端均与相干接收机的输入端连接，相干接收机的输出端与控制计算机连接，控制计算机与图像处理装置连接，外界信号返回后由光电探测器接收，并与本振光束一同传输至相干接收机中，经由控制计算机和图像处理装置共同进行数据处理。

激光器发射泵浦光进入电光调制器，同时任意函数发生器产生特定波形进入电光调制器对泵浦光进行频率调制。调制光通过硫系芯片，在硫系芯片中进行调制放大后进入分束器，由分束器将其分为主光束和本振光束。主光束由微光学衍射元件将其衍射到空间各处，以此向目标投射照明光斑。回波光束由光电探测器接收。本振光经本振延迟器后，与回波光束共同进入相干接收机，并由控制计算机和图像处理装置进行信号处理，以此实现对物体的主动探测。同时，光电探测器可探测目标的红外热辐射信号并进行处理，实现对物体的被动探测。本发明利用碲镉汞材料光电探测器实现对远红外光信号及热辐射信号的同时探测，以同时获得包括距离、强度、角度等多种信息在内的图像，有效提高了雷达在不同环境中的目标识别能力。

在其中一个实施例中，还包括热电冷却器，所述的热电冷却器与光电探测器连接。通过热电冷却器对光电探测器进行实时降温，使之保持在安全温度下进行工作。