[實(shí)用新型]一種非掃描激光雷達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201922364127.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN211577416U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建軍;譚乃悅;孫暉;周國(guó)清;徐林;郭軍;周祥;任喆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所;桂林理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/481
• 分類號(hào): G01S7/481
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 歐陽(yáng)波

本實(shí)用新型為一種非掃描激光雷達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)，包括物鏡光學(xué)系統(tǒng)、光纖陣列及探測(cè)器陣列。光纖陣列有M根平行于主光軸的線型光纖，與回波信號(hào)的彌散斑一一對(duì)應(yīng)。物鏡光學(xué)系統(tǒng)將不同視場(chǎng)的彌散斑聚焦于同一焦平面，光纖陣列中的每根光纖的一端均處于此平面。光纖芯徑2r≤光纖中心間距d。各光纖長(zhǎng)度相同。探測(cè)器陣列含多個(gè)探測(cè)器，M根光纖傳輸?shù)腗個(gè)回波信號(hào)與探測(cè)器陣列中的各探測(cè)器一一耦合。Z個(gè)1×N線陣探測(cè)器拼接構(gòu)成探測(cè)器陣列。本實(shí)用新型與點(diǎn)掃描雷達(dá)相比，探測(cè)面積增大，成像速度加快；與面陣非掃描雷達(dá)相比，成本顯著降低，便于推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種非掃描激光雷達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光雷達(dá)技術(shù)被廣泛用于軍事偵查、地表形貌測(cè)繪、大氣探測(cè)、空間技術(shù)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的點(diǎn)掃描激光雷達(dá)以單元探測(cè)技術(shù)為主，激光器重復(fù)頻率高，需要掃描裝置，體積大，成像速度慢，分辨率受限。

面陣非掃描三維成像激光雷達(dá)雖然不用掃描，可以實(shí)現(xiàn)高分辨率、大視場(chǎng)、快速成像，但是現(xiàn)在大面積高像素的探測(cè)器的技術(shù)國(guó)外壟斷，對(duì)我國(guó)封鎖。而大面積高像素探測(cè)器的材料成本高，研發(fā)成本更高，我國(guó)自行開(kāi)發(fā)還需要一定時(shí)間。現(xiàn)有的高像素的探測(cè)器面積有限，與其配套的大規(guī)模信號(hào)處理技術(shù)所需的研發(fā)成本也很高。目前面陣非掃描三維成像激光雷達(dá)探測(cè)成像分辨率一般為16×16、25×25、32×32、64×64等。我國(guó)很難購(gòu)買到適用的大面積高像素的探測(cè)器。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了提供一種非掃描激光雷達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)，克服現(xiàn)有激光雷達(dá)的技術(shù)和方法的不足和缺點(diǎn)，攝遠(yuǎn)物鏡光學(xué)子系統(tǒng)與遠(yuǎn)心光學(xué)子系統(tǒng)組成大口徑、大視場(chǎng)的物鏡光學(xué)系統(tǒng)，接收激光雷達(dá)的微弱回波信號(hào)；經(jīng)物鏡光學(xué)系統(tǒng)接收到的回波信號(hào)和光纖陣列一一對(duì)應(yīng)，光纖陣列將回波信號(hào)耦合到由多個(gè)線陣探測(cè)器拼接的探測(cè)器陣列，完成回波信號(hào)探測(cè)。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)的點(diǎn)掃描激光雷達(dá)激光器重復(fù)頻率高，體積大，成像速度慢，分辨率受限的不足和面陣非掃描三維成像激光雷達(dá)受限于大面積高像素探測(cè)器以及大規(guī)模信號(hào)處理技術(shù)水平等的缺點(diǎn)。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種非掃描激光雷達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)，接收本雷達(dá)發(fā)射的1×M路的線陣光束的回波信號(hào)，每一發(fā)射光束的發(fā)散角為θ_發(fā)，θ_發(fā)的單位為弧度rad，θ_發(fā)的取值范圍由雷達(dá)掃描的采樣分辨率Δ與目標(biāo)距離l確定，其取值范圍θ_發(fā)≤Δ/l。接收視場(chǎng)≥M*θ_發(fā)，1×M路發(fā)射光束返回1×M路回波信號(hào)形成1×M個(gè)彌散斑，回波信號(hào)中心的夾角θ_彌≥θ_發(fā)。本系統(tǒng)包括物鏡光學(xué)系統(tǒng)及光電探測(cè)裝置，所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)接收雷達(dá)回波信號(hào)。本系統(tǒng)還包括光纖陣列，所述光電探測(cè)裝置為探測(cè)器陣列。

所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)包括攝遠(yuǎn)物鏡光學(xué)子系統(tǒng)與遠(yuǎn)心光學(xué)子系統(tǒng)。

攝遠(yuǎn)物鏡光學(xué)子系統(tǒng)包括一個(gè)前正透鏡組和一個(gè)后負(fù)透鏡組，以縮短長(zhǎng)焦距物鏡的筒長(zhǎng)；遠(yuǎn)心光學(xué)子系統(tǒng)包括2至4個(gè)聚光透鏡組，其出瞳位于無(wú)窮遠(yuǎn)，即主光線平行于光軸，其使物鏡光學(xué)系統(tǒng)接收到的不同視場(chǎng)下的彌散斑偏移量相同。

物鏡光學(xué)系統(tǒng)的有效口徑，即攝遠(yuǎn)物鏡光學(xué)子系統(tǒng)中物鏡的有效口徑≥ 100mm。

光纖陣列有M根平行于主光軸的線型光纖，與回波信號(hào)的彌散斑一一對(duì)應(yīng)。單根光纖為大芯徑多模石英光纖，數(shù)值孔徑大于或等于本激光雷達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)的像方數(shù)值孔徑，以有利于提高接收耦合效率。

物鏡光學(xué)系統(tǒng)將不同視場(chǎng)的彌散斑聚焦于同一平面，此平面即本激光雷達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)的焦平面，光纖陣列中的每根光纖的一端均處于此平面上。全視場(chǎng)范圍內(nèi)，在所述焦平面上的各彌散斑直徑均小于或等于光纖陣列的單根光纖芯徑，以提高接收到的M個(gè)回波信號(hào)的耦合效率，小于或等于光纖芯徑的彌散斑的光才能被光纖耦合接收。