[發(fā)明專利]激光雷達幾何重疊因子自動調(diào)整系統(tǒng)及調(diào)整方法

有效

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• 申請日: 2010-08-23
• 公開（公告）號: CN101963665A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 華燈鑫;毛建東;宋躍輝;王鳴;周智榮
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S17/95
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于大氣環(huán)境觀測技術(shù)領域，具體涉及一種激光雷達幾何重疊因子自動調(diào)整系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及利用該系統(tǒng)進行調(diào)整的方法。

背景技術(shù)

激光雷達作為一種主動遙感探測工具已廣泛用于激光大氣傳輸、全球氣候預測、氣溶膠輻射效應及大氣環(huán)境等研究領域。

在激光雷達系統(tǒng)中，望遠鏡的視場角應稍大于激光束的發(fā)散角。對于同軸激光雷達，出射激光束軸線要與望遠鏡軸線重合；對于非同軸激光雷達，出射激光束軸線要與望遠鏡軸線平行。理想情況下從地面開始回波信號就可以完全進入望遠鏡視場。

但是，在實際中這兩條軸線之間的共軸或平行往往很難實現(xiàn)。另外，由于望遠鏡輔鏡和相關(guān)機械機構(gòu)等遮擋物的遮擋，在低空激光雷達往往不能完全接收回波信號，此時存在一個幾何重疊區(qū)，在該重疊區(qū)內(nèi)，發(fā)射激光束與望遠鏡的視場部分重合，隨著高度的不斷增加，重疊區(qū)域面積與光斑面積的比值逐漸增大，最終達到某一峰值，幾何重疊因子此時也達到最大值。而在高空，由于兩光軸的夾角存在，望遠鏡視場與激光光斑之間的距離會很快增加，這可能導致幾何因子迅速衰減。因此，幾何因子的存在是使激光雷達的探測范圍減小的一個重要因素。

目前，人們主要采用手動調(diào)節(jié)的方式，盡量使這兩條軸線同軸或平行，從而增大雷達的有效探測距離；此外，人們還采用實驗、或者程序校正的方法減小幾何重疊因子對低層大氣的回波信號的影響。但是，這些方式都只能在一定程度上減少幾何重疊因子的影響，而不能從根本上消除該問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種激光雷達幾何重疊因子自動調(diào)整系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有采用手動調(diào)節(jié)的方式，或者采用實驗、程序校正的方法減小幾何重疊因子對低層大氣的回波信號的影響，效果不理想，自動化程度不高的問題。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述系統(tǒng)進行調(diào)整的方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種激光雷達幾何重疊因子自動調(diào)整系統(tǒng)，包括出射光路、接收光路和數(shù)據(jù)采集與控制部分，出射光路包括脈沖激光器，脈沖激光器的出射光側(cè)依次設置有準直擴束系統(tǒng)、可旋轉(zhuǎn)反射鏡、固定反射鏡；接收光路包括望遠鏡，望遠鏡的出射光側(cè)依次設置有小孔光闌、透鏡、濾光片、光電檢測器件；數(shù)據(jù)采集與控制部分包括數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的輸入端設置為所述的光電檢測器件，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的輸出端設置有兩條支路，一條支路依次設置有X軸執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器、X軸執(zhí)行機構(gòu)，另一條支路上依次設置有Y軸執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器、Y軸執(zhí)行機構(gòu)，X軸執(zhí)行機構(gòu)及Y軸執(zhí)行機構(gòu)的輸出端設置為所述的可旋轉(zhuǎn)反射鏡。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種激光雷達幾何重疊因子自動調(diào)整方法，采用激光雷達幾何重疊因子自動調(diào)整系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為：包括出射光路、接收光路和數(shù)據(jù)采集與控制部分，出射光路包括脈沖激光器，脈沖激光器的出射光側(cè)依次設置有準直擴束系統(tǒng)、可旋轉(zhuǎn)反射鏡、固定反射鏡；接收光路包括望遠鏡，望遠鏡的出射光側(cè)依次設置有小孔光闌、透鏡、濾光片、光電檢測器件；數(shù)據(jù)采集與控制部分包括數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的輸入端設置為所述的光電檢測器件，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的輸出端設置有兩條支路，一條支路依次設置有X軸執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器、X軸執(zhí)行機構(gòu)，另一條支路上依次設置有Y軸執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器、Y軸執(zhí)行機構(gòu)，X軸執(zhí)行機構(gòu)及Y軸執(zhí)行機構(gòu)的輸出端設置為所述的可旋轉(zhuǎn)反射鏡，

具體按照以下步驟實施：

步驟1：脈沖激光器發(fā)出脈沖激光束，經(jīng)準直擴束系統(tǒng)準直擴束后，依次通過可旋轉(zhuǎn)反射鏡、固定反射鏡轉(zhuǎn)向后射向大氣，產(chǎn)生回波信號，望遠鏡接收回波信號，回波信號依次通過小孔光闌、透鏡、濾光片，傳遞給光電檢測器件及數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)；

步驟2：數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)根據(jù)等價判據(jù)及優(yōu)化算法對回波信號進行處理，得到控制信號，通過X軸執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器及Y軸執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器控制X軸執(zhí)行機構(gòu)和Y軸執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)反射鏡的角度，使得經(jīng)過固定反射鏡反射后的出射激光束軸線與望遠鏡軸線重合。

本發(fā)明的特點還在于，

其中的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)根據(jù)等價判據(jù)及優(yōu)化算法對回波信號進行處理，具體按照以下步驟實施：

a.將可旋轉(zhuǎn)反射鏡的當前位置記為W₀，檢測回波信號強度P(z)，在0到z₂距離范圍內(nèi)對回波信號P(z)進行積分，即求取回波信號(z)與時間軸從0到z₂所包圍的面積：