[发明专利]一种基于相干探测的远距离高重频激光三维扫描装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光三维成像装置，能够实现不受测距模糊距离限制的远距离高重频激光三维成像。

背景技术

在激光雷达和激光三维扫描仪领域，目前常用的激光测距方式主要有相位测量法和基于飞行时间的脉冲直接测距法。

相位测量主要是通过比对目标回波和参考信号的相位差来实现距离测量，通常距离范围在100m。脉冲飞行时间测距方法采用峰值功率较高的激光窄脉冲，能够实现km以上的测距和扫描，但是，因为受激光脉冲飞行的往返时间限制，距离限制了测量的重频。以测量距离1500m为例，激光飞行时间需要10μs，这就限制了测量重复频率不能超过100kHz。虽然采用编码、多波长等技术可以提升模糊距离，从而达到提高测量重复频率的效果，但是测量频率仍然受模糊距离的限制，且通常只能够提升几倍的频率，难以实现更高的测量重复频率。另外，随着激光重频的提升，激光脉冲峰值功率会相应降低，难以满足远距离测量要求。

目前，市场上基于脉冲飞行时间激光测距技术的激光三维扫描仪测量范围达到km级的，测量重复频率通常在100kHz，测量灵敏度和模糊距离限制了激光三维扫描仪对于远距离目标扫描的数据获取率，对于扫描速度有要求的情况下，扫描的频率会进一步提高，目标的点分辨率会进一步降低。因此，为了实现远距离高重频激光三维扫描，需要一种能同时提升探测灵敏度和克服模糊距离限制的测距技术。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对目前远距离激光三维扫描仪测量重频低的问题，提供了一种基于相干探测的远距离高重频激光三维扫描装置，该装置能够同时具有高灵敏度和高测量重频特性，可以实现不受模糊距离限制的远距离高重频激光三维成像。

本发明的技术解决方案是：一种基于相干探测的远距离高重频激光三维扫描装置，包括调频信号发生器、窄线宽激光器、声光调制器、光混频器、平衡探测器、低通滤波器、扫描镜、角度编码器、编码计数电路、距离计算模块和三维数据处理模块，其中：

调频信号发生器：根据线性频率设置信号产生频率为f的线性调频信号并送至声光调制器；

窄线宽激光器：输出单频窄线宽连续激光并送至声光调制器；

声光调制器：利用线性调频信号将单频窄线宽连续激光调制成为频率线性调制的连续激光，所述的频率线性调制的连续激光一部分作为参考光输入到光混频器，另一部分作为信号光输入到扫描镜；

光混频器：完成信号光回波和参考光的相干，形成相干光信号并送至平衡探测器；

平衡探测器：将所述的相干光信号转换为同频的电信号并送至低通滤波器；

低通滤波器：对所述的电信号进行低通滤波，消除信号光回波和参考光的和频，保留信号光回波和参考光的差频f_s-r后作为回波干涉信号送至距离计算模块；

扫描镜：置于转台之上，在转台的带动下进行圆周转动，同时自身进行竖直方向的扫描，将输入的信号光反射到目标上，同时将目标反射的信号光回波反射输入到光混频器；

角度编码器：安装在扫描镜的转动轴上，将扫描镜的转动角度形成编码脉冲并输入到编码计数电路；

编码计数电路：对输入的编码脉冲进行计数，并将计数值输入到三维数据处理模块；