[发明专利]基于4D成像光子计数激光雷达系统实现的目标距离和目标强度的获取方法

摘要

基于4D成像光子计数激光雷达系统实现的目标距离和目标强度的获取方法，涉及激光雷达技术领域。解决了现有目标距离和目标强度的获取方法因距离解算计算量大，导致的耗时长及解算强度准确率低的问题。本发明首先，通过对本振信号改造，使其与回波信号具有相同的形式，再将改造后的本振信号和Gm‑APD探测结果混频处理，获得相关峰谱。一方面通过搜索相关峰谱中波峰极大值的位置，解算出距离信息；一方面通过信号发生器输出的本振信号中光子计数脉冲的个数M和Gm‑APD单光子探测器探测到的回波信号中光子计数脉冲的个数M′进行处理，解算出强度信息。本发明主要用于对目标进行距离和强度进行探测。

主权项

基于4D成像光子计数激光雷达系统实现的目标距离和目标强度的获取方法，所述的4D成像光子计数激光雷达系统包括信号发生器(1)、激光器(2)、发射光学系统(3)、单向反射器(4)、扫描器(5)、全反射镜(6)、接收光学系统(7)、窄带滤波片(8)、Gm‑APD单光子探测器(9)和信号处理模块(10)；所述的信号发生器(1)的复合调制随机脉冲信号输出端同时与激光器(2)的复合信号输入端和信号处理模块(10)的复合信号输入端连接，激光器(2)的脉冲信号输出端与发射光学系统(3)的脉冲信号输入端连接，发射光学系统(3)输出的光信号经单向反射器(4)透射后入射至扫描器(5)，扫描器(5)输出光探测信号至目标，经目标反射后的回波信号入射至该扫描器(5)，扫描器(5)输出的回波信号依次经单向反射器(4)和全反射镜(6)的反射后，入射至接收光学系统(7)进行汇聚回波信号，被汇聚的回波信号经过窄带滤波片(8)滤波后，最后由Gm‑APD单光子探测器(9)进行光子计数探测，探测结果输入到信号处理模块(10)，信号处理模块(10)对接收的信号进行处理，从而得到目标的距离和强度信息；其中，信号发生器(1)的复合调制随机脉冲信号输出端输出的信号为本振信号；其特征在于，目标距离和目标强度的获取方法包括如下步骤：步骤一，信号处理模块(10)对本振信号采用回波高斯脉冲波形函数进行处理，获得改造后的本振信号；步骤二，对改造后的本振信号和Gm‑APD单光子探测器(9)输出的光子计数探测结果进行时间上的自相关处理，使改造后的本振信号与光子计数探测结果进行混频，从而获得相关峰谱；步骤三，采用峰值估算方法对相关峰谱中的波峰极大值进行搜索，获得相关峰谱中波峰极大值所对应的时间，该时间为回波信号的往返时间τ，将回波信号的往返时间τ代入雷达距离方程中，从而获得目标的距离；步骤四，信号处理模块(10)对信号发生器(1)输出的本振信号中光子计数脉冲的个数M和Gm‑APD单光子探测器(9)探测到的回波信号中光子计数脉冲的个数M′进行处理，获得本振信号的响应概率P＝M′/M；对本振信号的响应概率P进行强度解算，从而获得目标的强度信息Ns。