[發明專利]基于寬波束激光和線陣光電管的運動目標空間位置測量方法

在審

• 申請號: 202010675810.2
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111781610A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 孫祥一;李彬;孫瀾瓊;傅丹
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S17/50
• 分類號: G01S17/50;G01S17/48
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

本發明涉及一種基于寬波束激光和線陣光電管的運動目標空間位置測量方法，不需要旋轉部件輔助掃描。本方法在線陣激光接收器前安裝柱面鏡，將反射棱鏡安裝在待測目標上，根據從發射激光到接收到反射光的時間和光速計算出待測目標斜距離，同時計算出待測目標在測量坐標系下的高低角和方位角，最終得到運動目標的空間位置。本發明使用寬波束激光和線陣光電管實現了對運動目標的空間定位，改變了傳統激光雷達需要旋轉部件掃描對目標進行空間位置測量的方式，縮短了測量系統響應時間，與其它方法相比較，本發明原理與實現簡單，經濟實用。

技術領域

本發明涉及激光探測及測距和目標定位等領域，具體涉及基于線陣光電管的運動目標定位方法。

背景技術

激光雷達利用激光測量待測目標的距離信息，再通過掃描方式獲得待測目標的空間位置，在導航、定位等領域都有著重要作用。激光雷達相比傳統微波雷達可以更精確地獲得目標的位置信息，受到了應用市場的廣泛關注。常見的機械激光雷達利用光速測距時，首先激光發射器發射激光波束，激光波束經待測目標發射后由激光接收器接收，根據發送和接收的時間差計算待測目標的距離，通過旋轉部件改變激光發射角度，掃描實現目標空間位置的測量。

這種方式雖然測量角度大，但是需要通過旋轉才能獲得待測目標的三維空間坐標，其裝配要求高，加工困難，測量時間長，存在延時。本發明使用寬波束的激光發射器，利于柱面鏡和線陣光電管激光接收器，可以在保證大角度的同時，不需要旋轉部件的輔助就可以測量目標的三維空間坐標, 解決利用寬波束激光和線陣光電管對運動目標進行高精度定位問題。

發明內容

本發明針對傳統激光雷達在測量運動目標時，存在需要旋轉部件輔助掃描的問題，提出一種基于寬波束激光和線陣光電管的測量運動目標空間位置的方法。

本發明的技術方案是使用柱面鏡和線陣光電管激光接收器通過單次激光接收測量待測目標的空間位置。激光發射器經擴束器后形成寬波束激光。在這個寬波束所能照射的范圍內，待測運動目標通過加裝反射棱鏡都可以被裝有柱面鏡的線陣光電管激光接收器探測到。通過垂直布置的兩個線陣光電管激光接收器，對待測運動目標的空間位置進行測量。

具體為：激光發射器前安裝擴束器，線陣激光接收器前安裝柱面鏡，在待測目標上加裝反射棱鏡，當目標進入測量范圍內時，對目標進行測量。寬波束激光發射器發射以光軸為軸線的圓錐形寬波束激光，待測目標上安裝的反射棱鏡接收到激光后反射，反射光經過柱面鏡后被線陣激光接收器探測到，根據光速和從發射激光到接收激光的時間計算待測目標的深度信息，根據柱面鏡的焦距和接收到反射光的接收器位置，計算待測目標水平維度（或垂直維度）的信息。結合兩個垂直布置的線陣光電管激光接收器，得到待測目標的三維空間坐標。

具體測量方法按以下步驟進行:

1、激光發射器前安裝擴束器，線陣激光接收器前安裝柱面鏡，垂直布置兩組線陣激光接收器，每組線陣激光接收器安裝柱面鏡，組成測量系統；

2、保證安裝的穩固性，在待測目標上加裝反射棱鏡；

3、根據從發射激光到接收到激光的時間和光速計算出目標斜距離；

4、根據接收到反射光的接收器位置和柱面鏡焦距計算出目標在測量坐標系下的高低角和方位角；

5、利用待測目標的斜距離與空間角度計算出待測目標的空間坐標；

采用本發明可以達到以下技術效果：

1、本發明使用柱面鏡在一維方向上聚焦光束的性質改變了傳統激光雷達需要旋轉部件掃描對目標進行空間位置測量的方式，縮短了測量系統響應時間。

2、與其它方法相比較，本發明原理與實現簡單，經濟實用。

附圖說明

圖1是寬波束激光和線陣光電管測量目標斜距離的原理示意圖，