[发明专利]基于4D成像光子计数激光雷达系统实现的目标距离和目标强度的获取方法

说明书

基于4D成像光子计数激光雷达系统实现的目标距离和目标强度的获取方法，涉及激光雷达技术领域。解决了现有目标距离和目标强度的获取方法因距离解算计算量大，导致的耗时长及解算强度准确率低的问题。本发明首先，通过对本振信号改造，使其与回波信号具有相同的形式，再将改造后的本振信号和Gm‑APD探测结果混频处理，获得相关峰谱。一方面通过搜索相关峰谱中波峰极大值的位置，解算出距离信息；一方面通过信号发生器输出的本振信号中光子计数脉冲的个数M和Gm‑APD单光子探测器探测到的回波信号中光子计数脉冲的个数M′进行处理，解算出强度信息。本发明主要用于对目标进行距离和强度进行探测。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域。

背景技术

由于Gm-APD的极高响应灵敏度和极快的光电响应速度，因此基于Gm-APD探测器的激光雷达系统在远距离和微弱信号的应用领域中发挥了重要的作用。但是目前军事和民用的各个领域应用中，仅靠距离像已经很难满足很多复杂的目标的探测要求了，然而由于Gm-APD雪崩效应的0和1的逻辑输出，只能响应信号到达的时间，无法响应信号的强度信息。这极大的限制了基于Gm-APD探测器的激光雷达系统的应用前景。人们为了解决这一问题，探索了很多方法。

其中，比较主要的一种方法是复合调制脉冲编码的4D成像光子计数激光雷达系统，该方法采用了独特的复合调制脉冲编码发射，在脉冲位置调制的基础上加入了脉冲幅度的调制，然后通过回波脉冲序列和发射脉冲序列的相关处理可以得到目标的距离信息，通过不同幅度的脉冲探测结果的统计解算可以获得目标的强度信息。

这种方法虽然实现了距离像和强度像的同时获取，但这个数据处理方法需要将回波信号中不同强度的脉冲进行分别统计，这一方面计算量大，比较耗费时间，另一方法由于分辨的错误也会造成解算强度的误差。因此，亟需提供一种耗时短和解算强度准确率高的距离像和强度像的获取方法。

发明内容

本发明是为了解决现有目标距离和目标强度的获取方法因距离解算计算量大，导致的耗时长及解算强度准确率低的问题，本发明提供了一种基于4D成像光子计数激光雷达系统实现的目标距离和目标强度的获取方法。

基于4D成像光子计数激光雷达系统实现的目标距离和目标强度的获取方法，所述的4D成像光子计数激光雷达系统包括信号发生器、激光器、发射光学系统、单向反射器、扫描器、全反射镜、接收光学系统、窄带滤波片、Gm-APD单光子探测器和信号处理模块；

所述的信号发生器的复合调制随机脉冲信号输出端同时与激光器的复合信号输入端和信号处理模块的复合信号输入端连接，激光器的脉冲信号输出端与发射光学系统的脉冲信号输入端连接，发射光学系统输出的光信号经单向反射器透射后入射至扫描器，扫描器输出光探测信号至目标，经目标反射后的回波信号入射至该扫描器，扫描器输出的回波信号依次经单向反射器和全反射镜的反射后，入射至接收光学系统进行汇聚回波信号，被汇聚的回波信号经过窄带滤波片滤波后，最后由Gm-APD单光子探测器进行光子计数探测，探测结果输入到信号处理模块，信号处理模块对接收的信号进行处理，从而得到目标的距离和强度信息；

其中，信号发生器的复合调制随机脉冲信号输出端输出的信号为本振信号；

目标距离和目标强度的获取方法包括如下步骤：

步骤一，信号处理模块对本振信号采用回波高斯脉冲波形函数进行处理，获得改造后的本振信号；

步骤二，对改造后的本振信号和Gm-APD单光子探测器输出的光子计数探测结果进行时间上的自相关处理，使改造后的本振信号与光子计数探测结果进行混频，从而获得相关峰谱；

步骤三，采用峰值估算方法对相关峰谱中的波峰极大值进行搜索，获得相关峰谱中波峰极大值所对应的时间，该时间为回波信号的往返时间τ，将回波信号的往返时间τ代入雷达距离方程中，从而获得目标的距离；