[发明专利]一种三维目标成像激光雷达装置及目标探测方法

说明书

本发明公开了一种三维目标成像激光雷达装置及目标探测方法，装置包括激光器阵列，反射镜A，反射镜B，转镜，转镜旋转轴，接收透镜组，面阵探测器，面阵探测器的靶面，以及控制和数据处理系统；反射镜B固定在接收透镜组的接收镜面中心处；激光器阵列发出的激光束同轴，该激光束经过反射镜A和反射镜B后，与接收透镜组的光轴平行；面阵探测器的靶面位于接收透镜组的焦面上，并且面阵探测器的靶面中心位于接收透镜组的焦点上；转镜旋转轴与接收透镜组的光轴垂直，同时转镜旋转轴位于转镜的中心，且转镜可跟随转镜旋转轴旋转；激光器阵列、面阵探测器和转镜旋转轴通过线缆与控制和数据处理系统电性连接。本发明可实现周边空间区域的实时目标探测。

技术领域

本发明涉及激光雷达装置，尤其是一种三维目标成像激光雷达装置及目标探测方法。

背景技术

大型光学系统一般由多个子系统构成，为提高光学系统的整体性能指标，须实现各个分系统的精确耦合，包括光瞳和光轴的耦合。目前在不同光学系统耦合过程中，操作人员一般是借助白板通过肉眼判断光瞳是否完全耦合，然后在系统光路走向中顺着找光轴是否耦合。

为保证人员及设备安全，不同光学设备耦合过程中，一般使用弱光实现光瞳及光轴的对接，有时候光源很弱，或者是由于作业环境导致的环境光较强，系统对接所用光源完全淹没在环境光中，很难分辨，有时候人眼不能直接看到光源，因此在各个光学系统光瞳对接过程中，给操作人员带来了很大的不便，不利于各个系统的精确光瞳对接。

有时候光学系统的视场较小，能被探测器发现的视场仅为毫弧度量级，因此在不同光学系统光轴对接过程中，需要粗对准初步将光轴对准到探测器发现的视场范围。

综上所述，提高弱光、近红外及远红外波段的光瞳、光轴探测过程中的灵敏性和可操作性，对实际工程应用具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种三维目标成像激光雷达装置及目标探测方法，可实现周边空间区域的实时目标探测。

本发明采用的一种三维目标成像激光雷达装置，包括：激光器阵列，反射镜A，反射镜B，转镜，转镜旋转轴，接收透镜组，面阵探测器，面阵探测器的靶面，以及控制和数据处理系统；所述反射镜B固定在接收透镜组的接收镜面中心处；激光器阵列发出激光束同轴，该激光束经过反射镜A和反射镜B后，与接收透镜组的光轴平行；面阵探测器的靶面位于接收透镜组的焦面上，并且面阵探测器的靶面中心位于接收透镜组的焦点上；所述转镜旋转轴与接收透镜组的光轴垂直，同时所述转镜旋转轴位于转镜的中心，且转镜可跟随转镜旋转轴旋转；所述激光器阵列、面阵探测器和转镜旋转轴通过线缆与控制和数据处理系统电性连接；所述激光器阵列包括固定在固定装置中的M个光轴平行的激光器，M≥2且M为整数。

进一步地，每个激光器均为脉冲体制激光器，并且每个激光器的波长和重复频率均相同。

进一步地，所述转镜为具有N个面的棱柱镜，N≥3且N为整数。

进一步地，所述转镜为MEMS振镜。

进一步地，所述三维目标成像激光雷达装置还包括箱体及支撑装置；所述激光器阵列，反射镜A，反射镜B，转镜，转镜旋转轴，接收透镜组，面阵探测器，面阵探测器的靶面，以及控制和数据处理系统均位于箱体及支撑装置上。

进一步地，所述箱体及支撑装置安装在一个可沿x轴，y轴，z轴运动的运动平台上。

本发明还提供基于上述的三维目标成像激光雷达装置的目标探测方法，包括如下步骤：

S1，控制和数据处理系统控制转镜旋转轴带动转镜旋转到初始位置；

S2，控制和数据处理系统控制激光器阵列发出激光脉冲，并记录发出激光脉冲的时刻t1；

S3，激光脉冲经反射镜A、反射镜B和转镜后，入射到探测目标表面，反射回光经转镜和接收透镜组后进入面阵探测器的靶面；