[發明專利]一種激光雷達回波光信號濾波選通系統

無效

• 申請號: 201010034470.1
• 申請日: 2010-01-21
• 公開（公告）號: CN101776751A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 陳和;張寅超;陳思穎;藍天;邱宗甲;倪國強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S7/487
• 分類號: G01S7/487;G01S17/95
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張利萍

技術領域

本發明屬于激光雷達探測領域，涉及一種激光雷達回波光信號濾 波選通系統，特別涉及一種多通道窄帶寬的多光度激光雷達回波光信 號濾波選通系統。

技術背景

激光雷達在大氣探測方面有著極為重要的作用，而對其回波光信 號的探測精確直接關系到激光雷達的探測精度和范圍。

激光雷達的后向回波光信號在經過牛頓望遠系統收集后再用信 號傳輸光纖反饋到光電信號探測器中，然而在牛頓望遠系統回收的信 號中還包含了大量作為噪聲的背景光信號，因此必須在光電信號探測 器的前方做一窄帶寬的回波光信號選通系統來進行濾波，以提高激光 雷達的探測信噪比。這個濾波選通系統應滿足以下要求：①該濾波選 通系統的中心波長應與所接收的激光回波光信號的波長相吻合；②需 要較窄的濾波帶寬，以實現盡可能減少背景噪聲的目的；③為了使激 光雷達回波光信號穩定，要求濾波系統的性能不隨時間漂移；④為了 讓更多的激光雷達回波光信號進入到探測器，要求該濾波選通系統對 于所接受的波長有較大的透過率。

考慮到激光雷達的不同工作需求，比如在測量大氣分子的拉曼 (Raman)散射回波光信號和氣溶膠的米(Mie)散射回波光信號時， 激光雷達回波光信號所需的通道是不同的，而且為了達到較高的激光 雷達測量精度要求激光雷達回波光信號的過濾通道寬度盡可能小，因 此該回波光信號選通系統需要實現回波光信號的可變通道窄帶寬濾 波。此外，由于需要根據激光雷達的不同工作狀態來選擇不同的光探 測器，而不同的光探測器的物理性質和參數設置有差異，因此需要實 現激光雷達回波光信號的衰減度變化，即光度調節，以獲得多光度的 選通系統。

在傳統的激光雷達系統中，通常采用的回光濾波裝置都是單通道 窄帶寬單光度的系統，這主要是由于普通激光雷達的功能單一化，因 此一般只需要在測量通道上實現窄帶寬和單光度，沒有變通道和多光 度的要求，然而要實現一臺激光雷達的多功能化，可以通過改變其探 測器來實現，同時要求改變激光雷達的回光過濾系統的通道和光度， 實現窄帶寬濾波。

激光雷達的回波光信號濾波選通系統的主要性能取決于濾光器 的選擇。干涉濾光片是激光雷達中最常用的濾光器，它的作用原理和 法布里-泊羅干涉儀相似，利用在玻璃襯底上鍍的多層折射材料實現 中心波長的濾波選通，它具有反射率高和吸收系數小的優點，在可見 光波段可以實現1nm以下的濾波帶寬，中心波長的透過率可以達到 60％左右。除了干涉濾光片以外，常用的濾光器還有散射濾光器，法 布里-泊羅單色儀，光柵單色儀，分光棱鏡等，為了實現超窄帶寬的 選通濾波，還可以使用法拉第原子濾光器。而對于一般精度的激光雷 達，干涉濾光片基本上可以滿足測量需要。

發明內容

本發明的目的是為了克服現用激光雷達回波光信號濾波裝置的 復雜和通道單一性的缺點，提出一種實現回波光信號的多光度調節， 最終得到一種復雜度低、穩定度高、便于操作控制的激光雷達回波光 信號濾波選通系統。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

一種激光雷達回波光信號濾波選通系統，包括：耦合準直模塊、 回波光信號濾波模塊、回波光信號衰減模塊和回波光信號縮束模塊； 其連接關系為：耦合準直模塊與回波光信號濾波模塊連接；回波光信 號濾波模塊與回波光信號衰減模塊連接；回波光信號衰減模塊與回波 光信號縮束模塊連接。

所述耦合準直模塊的主要作用是：激光雷達回波光信號輸入到 耦合準直模塊后，對該激光雷達回波光信號進行處理后，使其平行進 入回波光信號濾波模塊。其具體實現為：采用直準耦合透鏡組結構。

所述回波光信號濾波模塊用于實現激光雷達回波光信號的窄帶 寬和多通道的濾波功能；所述回波光信號濾波模塊使用可變換干涉濾 光片的濾波裝置，通過以下兩種方式實現其通道可調：①利用插片方 式來更換干涉濾光片；②利用旋轉方式來更換所需的干涉濾光片。插 片式方式的優點是：可以更換任何波段帶寬的干涉濾光片，在過濾通 道和帶寬的選擇上更為靈活；其缺點是：替換需要手動更換干涉濾光 片，而且考慮到作為探測器的光電倍增管極易飽和，所以每次更換濾 光片都需要關閉探測系統。電機控制的旋轉式替換方式的優點是：可 以通過微機自動控制，方便快捷，而且可以在探測器運行過程中進行； 其缺點是：可更換的通道以及帶寬有限。