[發明專利]基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達

有效

• 申請號: 202011156511.4
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112363177B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 張子靜;謝佳衡;岑龍柱;趙家樂;馮睿
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481;G01S7/487;G01S7/493;G06K9/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

一種基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達，屬于激光雷達探測技術領域。本發明針對現有光子計數激光雷達由于探測靈敏度高而對噪聲的光子敏感，造成探測結果可靠性差的問題。它借鑒量子通信編碼的形式，將量子通信的縱向時間編碼改為各個相鄰像元的橫向編碼，對完全線偏振光的每個像元進行偏振糾纏調控，通過回波各個像元與調制后的光場的關聯性實現信號和噪聲的判斷，利用相鄰像元糾纏特性將信號從強背景噪聲中提取出來。本發明通過回波各個像元的調制信息關聯性判斷信號和噪聲，從而濾除噪聲，提高了成像質量。

技術領域

本發明涉及基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達，屬于激光雷達探測技術領域。

背景技術

隨著激光器、探測器以及光學系統元器件的技術日趨成熟，成像激光雷達己經廣泛應用于制導、預警以及對抗等領域。

現有光子計數激光雷達由于采用單光子探測器而具有極高的探測靈敏度，甚至可以響應單個到來的光子。然而這使得噪聲的光子也可以觸發單光子探測器，從而導致探測結果可靠性差，信噪比降低，嚴重影響了光子計數激光雷達的應用。

發明內容

針對現有光子計數激光雷達由于探測靈敏度高而對噪聲的光子敏感，造成探測結果可靠性差的問題，本發明提供一種基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達。

本發明的一種基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達，包括，

激光器1，用于發射激光信號；

偏振純化模塊2，用于將激光信號調制為完全線偏振光；

相鄰像元偏振糾纏調控單元3，用于采用隨機生成的兩組非正交偏振編碼構成的相鄰像元糾纏序列相對應的調制完全線偏振光的每個像元，獲得調制后的光場；

發射光學系統4，用于將調制后的光場準直和擴束后，照射至目標；

接收光學系統5，用于匯聚接收所述目標的回波信號；

分光器組6，用于將回波信號按偏振編碼的角度分為四路；

四個對應不同角度的檢偏器7，用于分別探測對應角度的回波信號；

四個陣列探測器8，用于與檢偏器7一一對應，探測檢偏器7輸出的對應角度的回波信號；

圖像處理顯示單元9，將陣列探測器8輸出的回波信號與所述調制后的光場按對應的像元一一進行比對；若預設個數的相鄰像元關聯性比對結果的一致性超過預設閾值，則判斷為正常回波信號；否則判斷為噪聲。

根據本發明的基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達，所述相鄰像元糾纏序列中編碼的偏振角包括0度、45度、90度及135度。

根據本發明的基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達，所述相鄰像元偏振糾纏調控單元3獲得調制后的光場的方法包括：

使偏振純化模塊2輸出的完全線偏振光經1/4玻片后，經一號空間光調制器，通過相位延遲實現45度和135度兩種碼調制；再經二號空間光調制器，通過相位延遲實現0度和90度兩種碼調制；所述一號空間光調制器光軸對準0度方向，二號空間光調制器光軸對準45度方向。

根據本發明的基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達，所述圖像處理顯示單元9將每個采樣周期內判斷為噪聲的回波信號刪除，將多個采樣周期的正常回波信號進行融合，獲得最終探測信號。

根據本發明的基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達，所述相鄰像元偏振糾纏調控單元3的相鄰像元糾纏序列在每個采樣周期進行一次更新。

根據本發明的基于相鄰像元糾纏調控濾噪的光子計數激光雷達，所述相鄰像元糾纏序列G(x,y)包括：