[发明专利]一种Gm-APD激光雷达目标有效探测的自适应光学口径调控方法

权利要求书

1.一种Gm-APD激光雷达目标有效探测的自适应光学口径调控方法，其特征在于，所述自适应光学口径调控方法包括以下步骤：

步骤一：对实际光学接收系统测量，获得光阑电机步进次数与光阑半径的函数关系、光阑半径与有效接收口径的函数关系，

其中，光阑半径变化量随光阑电机步进次数的关系用公式(3)表示，

Δr＝f_stop(r₁,k) (3)

式中，Δr为光阑半径变化量，Δr＝r₂-r₁，r₁为未变化前的光阑半径，r₂为变化后的光阑半径，k为光阑电机步进次数，电机正转，k为正，电机反转，k为负，

有效接收口径半径与光阑半径的关系用公式(4)表示，

R＝f_AP(r) (4)

其中，R为有效接收口径半径，r为光阑半径；

步骤二：采用二分法对有效接收面积进行调节，根据有效口径面积A_r＝πR²及公式(3)与公式(4)进行光阑半径及光阑电机步进次数计算，上位机控制光阑电机步进实现调节，每进行一次二分法调节，检测是否有目标，若存在目标，停止二分法检测，记住当前光阑半径r₁及光学系统有效接收口径面积A_r1；否则，说明视场中无目标，无需进行探测；

步骤三：在有效接收口径面积为A_r1状态下进行回波直方图统计，获得统计频数曲线f_echo，引入了Gm-APD激光雷达对目标探测服从Poisson触发概率模型，选通门内Gm-APD各时间间隔的触发概率用公式(1)表示，

式中，τ_bin为Gm-APD的时间分辨率，(l+1)τ_bin＝t_g为回波在选通门的前沿位置，s_i为第i个τ_bin回波光子率函数，r为回波的脉冲宽度所占τ_bin的个数，n为背景噪声光子率函数，为时间稳态型；

同时引入回波光子数的率函数，用公式(2)表示，

式中，S为激光回波总光子数，脉冲宽度τ，

基于公式(1)与公式(2)进行回波拟合，获得回波位置t_g、脉宽τ、背景噪声光子率函数n、回波光子数S₁及信噪比SNR；

步骤四：根据公式(1)与(2)，将回波光子数设定为变量，计算当前信噪比情况下的最高触发概率及对应的回波光子数S₂；

步骤五：根据公式(5)计算最优探测概率对应的光学系统有效接收口径的半径R₂，

其中，R1代表初始光学口径；

步骤六：根据公式(4)计算最优探测概率对应光阑半径r₂，基于此根据公式(3)计算光阑电机步进次数，上位机控制光阑电机步进，实现有效接收口径自适应调节。

2.根据权利要求1所述的一种Gm-APD激光雷达目标有效探测的自适应光学口径调控方法，其特征在于，当激光雷达选通门宽为0.1μs时，Gm-APD时间分辨率为τ_bin＝1ns，激光回波只占一个τ_bin，回波处于选通门中间，接收口径的半径的调节范围为0～35mm。