[發(fā)明專利]空間多光束激光發(fā)射裝置、多通道接收裝置和探測(cè)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610284566.0
• 申請(qǐng)日: 2016-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105785343A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張珂殊;邵永社;王佩斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01S7/484
• 分類號(hào): G01S7/484;G01S7/486
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光雷達(dá)探測(cè)與信號(hào)處理領(lǐng)域，進(jìn)一步涉及空間多通道激 光探測(cè)裝置，以及激光發(fā)射與激光接收裝置。

背景技術(shù)

激光探測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于三維測(cè)量，能直接獲取目標(biāo)的三維空間信息， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)的三維重建。激光探測(cè)技術(shù)在數(shù)米到數(shù)千米距離范圍內(nèi)， 測(cè)量精度在數(shù)毫米至分米量級(jí)，可以應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多領(lǐng)域。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的空間激光探測(cè)裝置主要是通過(guò)激光器發(fā)射單 束激光，準(zhǔn)直后通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)掃描機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)出射激光的偏轉(zhuǎn)到達(dá)目標(biāo)， 再經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)接收，成像在單個(gè)探測(cè)器光敏面上，光電檢測(cè)和轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn) 目標(biāo)的探測(cè)和測(cè)量。由于空間目標(biāo)探測(cè)距離與激光飛行時(shí)間相關(guān)，遠(yuǎn)距離 探測(cè)空間目標(biāo)時(shí)有效激光重頻受限于測(cè)量距離，顯著影響激光探測(cè)空間目 標(biāo)的點(diǎn)密度。

單束激光雷達(dá)在遠(yuǎn)距離的點(diǎn)云密度太稀，當(dāng)用于機(jī)載激光雷達(dá)時(shí)，在 數(shù)千米高空工作獲取的激光點(diǎn)間隔明顯增大，已無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。 設(shè)激光重復(fù)頻率為f_PRF、掃描頻率為f_RSF、掃描視場(chǎng)為θ、飛行高度為H， 掃描方向的點(diǎn)云間隔為：

S＝2·H·tan(θ/2)·f_RSF/f_PRF

從公式中得出，點(diǎn)云密度與飛行高度、掃描頻率和激光重頻有關(guān)。

飛行方向的點(diǎn)云間隔計(jì)算式為S＝v/f_RSF，v為平臺(tái)移動(dòng)速度，若降低 掃描頻率f_RSF，飛行方向點(diǎn)云間隔增大。因此，只能通過(guò)提高激光重復(fù)頻 率f_PRF來(lái)減小掃描方向激光點(diǎn)間隔。

假設(shè)平臺(tái)高度3km，單束激光探測(cè)的理論有效激光重復(fù)頻率約為：

3×10⁸/(3000×2)＝50K。

可見(jiàn)，有效激光重復(fù)頻率限制了遠(yuǎn)距離激光點(diǎn)云的密度，激光重復(fù)頻 率提高必須與測(cè)量距離相匹配。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種空間多通道激光探測(cè)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種空間多光束的激光發(fā)射裝置，包括：

激光發(fā)射機(jī)，用于發(fā)射多束激光；

發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，用于偏轉(zhuǎn)并發(fā)射所述多束激光，使多束激光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述激光發(fā)射機(jī)包括一個(gè)激光器，通 過(guò)激光器光束分光發(fā)射多束激光，或者所述激光發(fā)射機(jī)包括多個(gè)激光器， 同步或分時(shí)發(fā)射多束激光。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述多束激光之間有固定的夾角。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種空間多通道激光接收裝置，包括：

光電探測(cè)單元，用于探測(cè)經(jīng)目標(biāo)反射的多束激光信號(hào)，所述光電探測(cè) 單元包括與反射的多束激光信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)通道。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述通道為一維或二維分布。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種空間多通道激光探測(cè)裝置，包括：

激光發(fā)射機(jī)，用于發(fā)射多束激光；

光電探測(cè)單元，用于探測(cè)經(jīng)目標(biāo)反射的所述多束激光信號(hào)，所述光電 探測(cè)單元包括與反射的多束激光信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)通道。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述光電探測(cè)單元在每個(gè)通道內(nèi)設(shè)置 至少一個(gè)探測(cè)器或者設(shè)置單個(gè)、多元或陣列形式的探測(cè)器。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，多束激光與反射的多束激光信號(hào)的光 路同軸或者互相平行。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，用于偏轉(zhuǎn)并發(fā)射所述 多束激光，使多束激光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)；接收光學(xué)系統(tǒng)，用于接收經(jīng)目標(biāo)反射的 所述多束激光信號(hào)；

優(yōu)選的，兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)為同軸光路的同一光學(xué)系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和/或接收光學(xué)系統(tǒng) 設(shè)置有掃描機(jī)構(gòu)，用于改變激光束的指向；優(yōu)選的所述多束激光指向與空 間多通道激光探測(cè)裝置的運(yùn)動(dòng)方向呈一定角度；優(yōu)選的掃描結(jié)構(gòu)為振鏡掃 描機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)鏡掃描機(jī)構(gòu)或者雙楔鏡掃描機(jī)構(gòu)。

通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)通過(guò)發(fā)射多光束以及多通道探測(cè)，可以有效提高激光點(diǎn)云密度， 實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)點(diǎn)云的均勻分布；

(2)通過(guò)應(yīng)用于激光雷達(dá)地理空間信息采集和獲取，該發(fā)明可有效 彌補(bǔ)單束激光雷達(dá)設(shè)備，因激光點(diǎn)密度不足而無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。