[发明专利]收发同轴式激光雷达的偏振隔离去噪系统

说明书

本公开提供一种收发同轴式激光雷达的偏振隔离去噪系统，包括：偏振光源，发出偏振光；透反射分束模块，包括穿孔反射镜，用于处理偏振光；望远镜，用于接收透反射分束模块处理后的、沿收发同轴光路输入的偏振光并出射至远距离目标，再接收由远距离目标反射后的回波；组合滤波器，与透反射分束模块相连，对透反射分束模块反射的回波光谱滤波；耦合透镜，与组合滤波器相连，用于将组合滤波器滤波后的回波进行聚束；检偏器，与耦合透镜相连，用于将耦合透镜聚束后的回波中的相互正交的偏振光分离；单光子探测器，与偏振分束器相连，用于探测从偏振分束器中透过的回波光子；以及信号源，用于向偏振光源发出触发信号，同时向单光子探测器发出门控信号。

技术领域

本公开涉及激光雷达领域，尤其涉及一种收发同轴式激光雷达的偏振隔离去噪系统。

背景技术

激光雷达常使用扫描成像的方式，通过发射激光光束在飞行时间扫描成像的方式实现对一个场景的三维成像，飞行时间的测量提供深度信息，二维的扫描提供该深度的方位信息，整合后通过有效的数据处理重构出场景的三维图像。

在远距离的三维成像应用中，室外的场景常常带有大量的太阳辐射背景，造成采集的数据带有大量的噪声。如何抑制太阳背景噪声已成为一个重要的技术问题。而除了太阳背景噪声外，还有由于发射光束通过本地的光学器件产生大量的后向散射所引入的大量本地噪声。特别是为了提高发射功率的利用效率，拓展更宽的工作距离范围，使远方的光斑中心和视场中心在不同的成像距离都能够保持重合，而使用收发同轴设计的时候，即使在镜片镀上增透膜或增反膜，由于远距离成像的高发射功率要求和相对极微弱的回波信号，对本地噪声的抑制有着非常苛刻的要求。本地噪声的抑制成为远距离主动成像的一个技术难题。

一般的激光雷达会采用一些手段进行降噪，例如使用光谱滤波片，一般采用纳米级带宽的带宽滤波片，放置在接收光路之中，只探测发射激光波长附近一小部分(数纳米)，以此来减少太阳光噪声的接收。而本地散射噪声，则主要会采用非同轴收发的方式，也是目前已实用的激光雷达产品多采用的方式。但非同轴收发的方式接受视场和发射视场会存在视差，这使雷达难以同时适用于近距离和远距离。而使用同轴收发的方式的雷达，一般采用大功率的光源来保证较高信噪比的数据采集，但鲜有超过十公里级的成像能力。除此以外，使用一些探测技术也能够在一定程度上减少噪声的影响，在文献[1]中，作者提出了采用分束后使用两个单光子探测器同时测量，并对测量结果进行与操作后再进行记录。这样的方法能够降低背景噪声和探测器暗计数带来的噪声计数，但因为‘与操作’的存在，也降低了对信号光子的探测效率，需要每个脉冲返回的信号光子数足够多，在文献中提出，当每个脉冲返回的信号光子数大于10个时，该方案可以有效地降低噪声计数，且保证足够的信号光子计数。这样的方案在近距离情况下可以适用，但在达到几十公里的远距离成像情况下，很难保证每个脉冲返回超过10个信号光子。除了通过硬件的技术手段，更多的还是通过数据后处理来从噪声计数中最大程度的还原信号计数。

[1].Kong H J，Kim T H，JoS E，et a1.Smart three-dimensional imagingladar using two Geiger-mode avalanche photodiodes[J].Optics express，2011，19(20)：19323-19329.

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种收发同轴式激光雷达的偏振隔离去噪系统，以缓解现有技术中激光雷达中存在的高噪声、信噪比低，成像距离较近等技术问题。

(二)技术方案