[发明专利]一种高分辨率混合固态成像激光雷达

权利要求书

1.一种高分辨率混合固态成像激光雷达，其特征在于：包括脉冲光纤激光器（1）、准直器（2）、衍射光栅（3）、45°反射镜（4）、快反镜（5）、接收光学系统（6）、单光子面阵探测器（7）、单光子面阵探测器驱动电路（8）、存储器（9）、FPGA（10）、快反镜驱动电路（11）；

其中脉冲光纤激光器（1）、准直器（2）、衍射光栅（3）组成光源，快反镜（5）、快反镜驱动电路（11）组成收发同步扫描系统，45°反射镜（4）、接收光学系统（6）组成同轴收发光路，单光子面阵探测器（7）、单光子面阵探测器驱动电路（8）组成探测组件，存储器（9）、FPGA（10）组成数据处理单元；

脉冲光纤激光器（1）发出的脉冲激光经过准直器（2）后形成准直光束，准直光束经过衍射光栅（3）形成激光点阵；激光点阵通过45°反射镜（4）将光路折转90°并射向快反镜（5），折转后的光轴与接收光学系统（6）的光轴平行；通过快反镜（5）的二维转动，使激光点阵能够在正交的两个方向上扫描；经过目标（12）的散射光通过快反镜（5）反射后，进入接收光学系统（6），接收光学系统将目标回波光收集，成像至接收光学系统（6）后端的单光子面阵探测器（7）上；在单光子面阵探测器驱动电路（8）的驱动下，单光子面阵探测器（7）进行曝光测量，单光子面阵探测器（7）每进行一次曝光，均获得全部像素的时间测量值；多次曝光的测量结果按照帧序号以及像素编号存储于系统的存储器（9）中；快反镜（5）在快反镜驱动电路（11）的驱动下，以多次步进方式或一轴阶跃、另一轴周期三角波方式进行二维扫描；当快反镜（5）以步进方式扫描时，在停留位置，FPGA（10）对存储于激光雷达存储器（9）中的数据按同一像素编号进行直方图统计处理，获得所有像素对应空间位置的距离信息，然后通过多个停留位置的拼接，获得数倍于接收系统瞬时视场角的三维点云；当快反镜（5）以一轴阶跃、另一轴周期三角波方式扫描时，FPGA（10）利用不同像素在同一空间位置的直方图统计方法获得探测器像面上非感光区域的内插扫描距离测量值，与快反镜（5）的实时运转角度相结合，获得数倍于单光子面阵探测器分辨率的三维点云。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率混合固态成像激光雷达，其特征在于：所述单光子面阵探测器（7）每个像元对应的瞬时接收视场角与所述衍射光栅（3）形成的激光点阵中单个激光点的发散角一致。

3.根据权利要求1所述的一种高分辨率混合固态成像激光雷达，其特征在于：所述单光子面阵探测器（7）的时间分辨率优于100ps。

4.根据权利要求1所述的一种高分辨率混合固态成像激光雷达，其特征在于：所述接收光学系统（6）前端设置窄带滤光片，中心波长与所述脉冲光纤激光器发出的脉冲激光波长一致。

5.根据权利要求1所述的一种高分辨率混合固态成像激光雷达，其特征在于：所述快反镜（5）在两个正交方向上交替进行步进扫描，在X方向步进4次，然后转向Y方向步进1次，然后在X方向沿反方向步进4次，然后转向Y方向步进一次，如此往复，快反镜的停留位置形成一个5×5的网格；所述Ｙ方向与接收光学系统（6）的光轴方向平行，所述Ｘ方向与衍射光栅（3）的中心轴向平行。

6.根据权利要求5所述的一种高分辨率混合固态成像激光雷达，其特征在于：所述快反镜（5）在Y轴以步进方式运动，分为小角度阶跃阶段和大角度阶跃阶段，一次成像包含4次大阶跃，第一次大阶跃之前、两次大阶跃之间、最后一次大阶跃之后均有7次小阶跃；在X方向以周期性三角波方式进行往复扫描，相邻扫描点的时间间隔为所述脉冲光纤激光器（1）发出的激光脉冲重复周期。