[發明專利]基于多面陣APD陣列的復合模式激光雷達成像系統

在審

• 申請號: 201711068865.1
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107589428A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 王春陽;史紅偉;牛啟鳳;劉雪蓮;辛瑞昊
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 陶尊新

1.基于多面陣APD陣列的復合模式激光成像雷達系統，所述成像雷達系統能夠實現掃描成像與凝視成像兩種工作模式，且兩種工作模式既能夠獨立工作，又能夠同步協調工作；其特征是，包括中央處理單元(6)、激光發射系統和回波接收系統；

所述激光發射系統包括激光器模塊(1)、第一發射系統(2)、第二發射系統(3)，

第一發射系統(2)包括相位調制器陣列、光纖放大器陣列、準直擴束光路陣列、單向玻璃陣列和光學相控陣陣列；

第二發射系統(3)包括相位調制器(3-1)、光纖放大器(3-2)、準直擴束光路(3-3)、單向玻璃(3-4)和光學相控陣(3-5)；

所述回波接收系統包括第一接收系統(4)和第二接收系統(5)；

所述第一接收系統(4)包括濾光片陣列、雙膠合透鏡陣列、面陣APD陣列、多組淬火電路和第一距離測量單元；

第二接收系統(5)包括濾光片(5-1)、雙膠合透鏡(5-2)、面陣APD(5-3)、淬火電路(5-4)和第二距離測量單元(5-5)；

所述中央處理單元(6)向激光器模塊(1)發送控制信號，向激光發射系統發送驅動信號；

激光器模塊(1)接收到中央處理單元(6)發送的控制信號后發射多束激光，所述多束激光分別經第一發射系統(2)的相位調制器陣列、光纖放大器陣列和準直擴束光路陣列后經單向玻璃陣列進入光學相控陣陣列，所述第一發射系統(2)中的光學相控陣陣列根據接收的驅動信號控制多束激光偏轉并對目標區域進行電光掃描；多束激光經過目標區域反射后，再次經過光學相控陣陣列、單向玻璃陣列反射至第一接收系統，多束激光分別經過濾光片陣列和雙膠合透鏡陣列后匯聚到面陣APD陣列的感光面上，所述面陣APD陣列將接收的多束激光的光信號轉換成電信號，經對應的淬火電路后由第一距離測量單元計算目標區域的距離信息，并傳遞至中央處理單元(6)；所述中央處理單元(6)根據多束激光偏轉角度信息以及目標區域的距離信息，獲得目標的空間位置坐標，并進行三維圖像重構，實現雷達系統掃描成像。

2.根據權利要求1所述的基于多面陣APD陣列的復合模式激光雷達成像系統，其特征在于，在掃描成像后，發現目標區域存在可疑目標時，對可疑目標進行凝視成像，具體過程為：

激光器模塊(1)接收到中央處理單元(6)發送的控制信號后發射單束激光，所述單束激光經第二發射系統(3)中的相位調制器(3-1)、光纖放大器(3-2)和準直擴束光路(3-3)后再經單向玻璃(3-4)進入光學相控陣(3-5)，所述激光發射系統中的第二發射系統(3)的光學相控陣(3-5)根據接收的驅動信號控制單束激光偏轉并對可疑目標區域進行凝視；單束激光經過可疑目標反射后，再經光學相控陣(3-5)、單向玻璃(3-4)反射至第二接收系統(5)，單向激光依次經過濾光片(5-1)、雙膠合透鏡(5-2)后，單束激光投射到面陣APD(5-3)的感光面上，所述面陣APD(5-3)將接到激光的光信號轉換成電信號，經淬火電路后由第二距離測量單元計算目標區域的距離信息，并傳遞給中央處理單元(6)；根據單束激光偏轉角度信息以及距離信息，獲得可疑目標的空間位置坐標，并進行三維圖像重構，實現雷達系統凝視成像。

3.根據權利要求2所述的基于多面陣APD陣列的復合模式激光雷達成像系統，其特征在于，控制激光器模塊(1)發射多束激光，其中一束激光對可疑目標進行凝視成像的同時，其余多束激光繼續進行掃描成像。

4.根據權利要求1所述的基于多面陣APD陣列的復合模式激光雷達成像系統，其特征在于，所述激光器模塊包括激光器(1-1)、光隔離器(1-2)、預放大器(1-3)和分束器(1-4)；所述激光器(1-1)輸出激光經過光隔離器(1-2)進入預放大器(1-3)，經過預放后的激光由分束器(1-4)分成多路光束。

5.根據權利要求1所述的基于多面陣APD陣列的復合模式激光雷達成像系統，其特征在于，第一接收系統(4)中的面陣APD陣列的各面陣APD采用8X8像元數的APD。

6.根據權利要求1所述的基于多面陣APD陣列的復合模式激光雷達成像系統，其特征在于，第二接收系統5中的面陣APD采用128X128像元數的APD。

7.根據權利要求1所述的基于多面陣APD陣列的復合模式激光雷達成像系統，所述第一距離測量單元和第二距離測量單元采用FPGA實現。