[發明專利]基于脈沖編碼的1.5μm波長氣溶膠探測激光雷達及信號解碼方法

有效

• 申請號: 202110182596.1
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112965086B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 王沖;李文豪;王雨;薛向輝
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/493;G01S7/487;G01S7/481
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

1.一種基于脈沖編碼的1.5μm波長氣溶膠探測激光雷達，其特征在于，包括：種子激光器、第一電光調制器、第二電光調制器、光纖放大器、分束器、準直器、接收望遠鏡、濾波器、銦鎵砷量子探測器、能量監測通道、采集卡、計算機以及波形發生器；其中：

所述種子激光器的輸出端、第一電光調制器、第二電光調制器、光纖放大器和分束器各輸入端、輸出端及準直器的輸入端依序連接；所述接收望遠鏡的輸出端、濾波器、銦鎵砷量子探測器、采集卡、計算機各輸入端、輸出端和波形發生器的輸入端依序連接；能量檢測通道的輸入端與分束器的輸出端連接，能量檢測通道的輸出端接入采集卡的輸入端連接，波形發生器的輸出端分別連接第一電光調制器和第二電光調制器；

通過能量檢測通道接收一束脈沖編碼光并將脈沖編碼波形反饋給采集卡，采集卡將脈沖編碼波形反饋給計算機，計算機控制波形發生器，控制第一電光調制器和第二電光調制器將種子激光器的連續光調制成編碼的脈沖光并生成脈沖編碼，光纖放大器對脈沖編碼進行放大，分束器將放大后的脈沖編碼光分成兩束，其中一束脈沖編碼光由準直器進行出射；接收望遠鏡接收大氣回波信號后，使用濾波器濾除大氣回波信號的背景噪聲，并將去噪大氣回波信號接入銦鎵砷量子探測器，銦鎵砷量子探測器輸出未經解碼的光子數包絡信號，由采集卡進行采集并輸入計算機進行解碼和數據處理。

2.根據權利要求1所述的一種基于脈沖編碼的1.5μm波長氣溶膠探測激光雷達，其特征在于，所述種子激光器為1.5μm波長種子激光器或光纖激光器，所述光纖放大器使用摻餌光纖放大器，所述分束器使用1:99的分束器，所述波形發生器使用雙通道任意波形發生器。

3.根據權利要求1所述的一種基于脈沖編碼的1.5μm波長氣溶膠探測激光雷達信號解碼方法，其特征在于，所述脈沖編碼是使用Golay編碼，其他編碼形式包括但不限于Simplex碼、CCPONS互補碼。

4.一種基于脈沖編碼的1.5μm波長氣溶膠探測激光雷達信號解碼方法，其特征在于，實現反演的技術方案包括步驟如下：

步驟S1:使用雙通道任意波形發生器生成四組單極性Golay碼調制第一電光調制器和第二電光調制器，對發射激光進行脈沖編碼，得到四組激光雷達信號；

步驟S2:對四組激光雷達信號進行距離門劃分，并對時域信號進行光子計數，得到四組激光雷達光子計數信號；

步驟S3:對四組激光雷達光子計數信號按照解碼規則進行解碼，將單極性碼光子數相減和對應的序列取相關，兩個序列結果之和相加，得到解碼后回波信號中的光子數信號；

步驟S4:將解碼后回波信號中的光子數信息，根據彈性散射激光雷達方程，將光子數轉化為激光雷達消光系數，反演得到氣溶膠和能見度信息。

5.根據權利要求4所述的一種基于脈沖編碼的1.5μm波長氣溶膠探測激光雷達信號解碼方法，其特征在于，步驟S1所述脈沖編碼是使用格雷碼，其他編碼形式包括S矩陣編碼、CCPONS互補碼。