[发明专利]单光子探测3D紫外脉冲激光成像雷达

权利要求书

1.一种单光子探测紫外脉冲激光3D成像雷达，其特征在于所述单光子探测紫外脉冲激光3D成像雷达由光学发射天线(1)、紫外脉冲调制激光器(2)、同步脉冲控制电路(3)、时钟信号源(4)、延迟电路(5)、增益函数发生器(6)、计算机(7)、MAMA紫外单光子探测器(8)和光学接收天线(9)组成，时钟信号源(4)的时钟信号输出端与同步脉冲控制电路(3)的时钟信号输入端相连，所述同步脉冲控制电路(3)的驱动脉冲信号输出端与紫外脉冲调制激光器(2)的驱动脉冲信号输入端相连，所述同步脉冲控制电路(3)的延迟控制信号输出端和延迟电路(5)的控制信号输入端相连，紫外脉冲调制激光器(2)发射的激光脉冲光信号由紫外脉冲调制激光器(2)的光输出端输入到光学发射天线(1)的光输入端，光学接收天线(9)接收到的激光回波脉冲信号由光学接收天线(9)的光输出端到MAMA紫外单光子探测器(8)的光输入端，延迟电路(5)的延迟信号输出端与增益函数发生器(6)的延迟信号输入端相连，所述增益函数发生器(6)的两个增益信号输出端分别与MAMA紫外单光子探测器(8)的两个增益信号输入端相连；所述MAMA紫外单光子探测器(8)的信号输出端与计算机(7)的串口通信输入端相连；紫外脉冲调制激光器(2)在同步脉冲控制电路(3)输出的驱动脉冲作用下发射出的激光脉冲经光学发射天线(1)整形后发射出去，在紫外脉冲调制激光器(2)的第一个激光脉冲周期T内，通过增益函数发生器(6)发出的增益信号控制MAMA紫外单光子探测器(8)的增益为固定增益G₀，在t1时间段内光学接收天线(9)将接收到的激光回波脉冲汇聚到MAMA紫外单光子探测器(8)的光输入端，MAMA紫外单光子探测器(8)输出第一幅回波光脉冲的强度像，经延迟电路(5)适当时间延迟后，在t2时间段内，即没有激光回波脉冲的情况下，MAMA紫外单光子探测器(8)输出第二幅强度像；在紫外脉冲调制激光器(2)的下一个激光脉冲发射周期T内，通过增益函数发生器(6)发出的增益信号控制MAMA紫外单光子探测器(8)的增益为与距离有关的调制函数M＝G(r)，在t3时间段内光学接收天线(9)将接收到的激光回波脉冲汇聚到MAMA紫外单光子探测器(8)的光输入端，MAMA紫外单光子探测器(8)输出第三幅回波光脉冲强度像，经延迟电路(5)适当时间延迟，在t4时间段内，即没有激光回波脉冲的情况下，MAMA紫外单光子探测器(8)输出第四幅强度像，所述计算机(7)对MAMA紫外单光子探测器(8)输出的四幅强度像进行处理：

MAMA紫外单光子探测器(8)输出第一幅强度像和第二幅强度像的强度分别为I₁＝(I_b+ρI_pulse)G₀+I_d1和I₂＝I_bG₀+I_d1，其中，I_b为背景光强，ρ为激光脉冲经目标反射后的系数，I_pulse是激光脉冲光强，I_d1是其余光强噪声及在增益G₀条件下的器件暗噪声，I₁减去I₂得到等式一：I₁-I₂＝ρI_pulseG₀，

MAMA紫外单光子探测器(8)输出的第三幅强度像和第四幅强度像的强度分别为和其中，R是测量最大距离，I_d2是该工作条件下的其余光强噪声和器件暗噪声，I₃减去I₄得到等式二：I₃-I₄＝ρI_pulseG(r)；

由等式一和等式二：得到等式三：根据等式三得知，已知MAMA紫外单光子探测器(8)的固定增益和四次光强测量差商值就能求出该目标点的距离，获得目标的两维轮廓强度像和一维距离像。