[發明專利]一種陣列發射單元接收的無掃描三維激光探測裝置及方法

有效

• 申請號: 201410309045.7
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104035097A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 杜鵬飛;鞏馬理
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及一種無掃描三維激光探測裝置及方法，特別涉及一種陣列發射單元接收的無掃描三維激光探測裝置及方法，屬于激光探測技術領域。

背景技術

激光探測技術以激光作為照射源，測定被測目標反射激光的幅值、相位等物理量獲取被測目標的方位、速度等信息，相對于傳統微波探測技術而言，具有更高的橫向分辨率和縱向分辨率，且因波束束寬更小而不易受到干擾，具有更好的探測性能。近年來，激光探測的窄波束特點進一步被發掘，用作各類激光雷達，尤其是高精度三維成像式激光雷達，用于遠距離目標的高精度主動探測。

三維成像式激光探測技術在發展中逐漸分化為掃描式三維激光探測技術和無掃描三維激光探測技術。掃描式三維激光探測技術須依賴于窄波束控制和傳統的激光掃描方式，如機械掃描和聲(電)光掃描，其受到了激光光束高速掃描的性能限制(嚴惠民，倪旭翔等.無掃描三維激光雷達的研究[J].中國激光，2000,09：861-864)。無掃描三維激光探測技術克服了掃描式在幀率和掃描速率的瓶頸，具有幀率高，視場寬，壽命長和體積小等優點，相比掃描式三維激光探測更具有優勢?，F有的無掃描三維激光探測均采用寬光束、大能量脈沖激光源作為發射元件，各類焦平面陣列，尤其是APD焦平面陣列作為探測元件(王飛.實時激光三維成像焦平面陣列研究進展[J].中國光學,2013,03:297-305)。然而，寬光束、大能量脈沖激光源同窄光束、大能量脈沖激光源相比，光束質量和能量指標更難以達到，工程實現難度更高；同樣地，相比于單元激光探測器件而言，陣列探測元件作用距離較短，信噪比較低，制作難度大，工程造價高?，F有的無掃描三維激光探測技術，同樣面臨種種挑戰。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：提供一種作用距離長，接收回波信號信噪比高無掃描三維激光探測裝置及方法。

(二)技術方案

為實現上述發明目的，本發明提供了如下的技術方案。

一方面，本發明提供一種陣列發射單元接收的無掃描三維激光探測裝置，其特征在于，包括：二維陣列激光源、單元激光探測器、系統控制器、調制器和解調器；

所述系統控制器、所述調制器、所述二維陣列激光源依序通信連接，所述單元激光探測器、所述解調器、所述系統控制器依序通信連接，所述調制器和所述解調器通信連接；

所述系統控制器控制所述調制器產生激光脈沖驅動序列傳送至所述二維陣列激光源和所述解調器，所述二維陣列激光源按所述調制器產生的激光脈沖驅動序列產生相應的調制激光脈沖向目標區域照射；

所述單元激光探測器接收目標區域反射的激光脈沖回波轉換并產生電信號脈沖序列，所述解調器對所述單元激光探測器產生的電信號脈沖序列解調識別并處理后輸出至所述系統控制器，所述系統控制器控制輸出距離數值矩陣。

其中較優地，所述激光脈沖驅動序列是正交化處理的精確頻率調制激光脈沖驅動序列、正交化處理的脈沖間隔調制激光脈沖驅動序列、正交化處理的脈沖編碼調制激光脈沖驅動序列中的任意一種。

其中較優地，所述二維陣列激光源是m×n個激光發射單元，所述m×n個激光發射單元包含m個不同的水平方位角和n個不同的俯仰角；

所述二維陣列激光源是半導體陣列激光源、光纖陣列激光源、固體陣列激光源中的任意一種。

其中較優地，所述單元激光探測器是高靈敏度APD探測器或單光子探測器件中的任意一種。

其中較優地，所述解調器是以可編程器件為核心的解調電路板，所述可編程器件是可編程邏輯門陣列FPGA、數字信號處理器DSP中的任意一種。

其中較優地，所述可編程邏輯門陣列FPGA包括：信道總線、多個延遲線解碼模塊和多工器；

所述信道總線、所述多個延遲線解碼模塊和所述多工器依序通信連接；

所述電信號脈沖序列沿所述信道總線實時送入所述多個延遲線解碼模塊，所述延遲線解碼模塊處理后發送高電平至所述多工器，所述多工器根據所述延遲解碼模塊的具體地址，輸出帶有標記當前脈沖所屬方位信息的脈沖序列。

另一方面，本發明還提供一種應用上述無掃描三維激光探測裝置的無掃描三維激光探測方法，包括如下步驟：

調制器產生激光脈沖驅動序列傳送至所述二維陣列激光源和所述解調器；

二維陣列激光源向目標區域發射激光脈沖調制序列；

單元激光探測器接收目標區域反射的激光脈沖回波；

轉換激光脈沖回波并混合產生固定脈寬的電信號脈沖序列；