[发明专利]一种基于电脉冲编码的多功能激光雷达系统

说明书

本发明涉及一种基于电脉冲编码的多功能激光雷达系统，包括信号发生器、激光器、扫描转台、望远镜、单光子探测器和数据处理器。通过信号发生器发出两路的电脉冲序列，当激光器发出重复频率为1Hz～100KHz范围内的脉冲光信号时，扫描转台低速转动，可探测气溶胶光学特性，反演大气气溶胶特性，大气成分特性、大气边界层、能见度等参数，实现多参数光学测量。当激光器发出重复频率为10KHz‑100MHz范围内的脉冲光信号时，扫描转台高速转动，可以探测测绘目标，对测绘目标的形状、高度、位置和距离信息进行判断。在两种模式下，实现空间气溶胶分布的三维扫描的同时对立体空间中的测绘目标进行距离判断和测绘分析，扩展单台激光雷达的观测功能。

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，特别是涉及一种基于电脉冲编码的多功能激光雷达系统。

背景技术

大气探测激光雷达的原理是发射一束准直激光到大气中，激光脉冲与大气中的气溶胶粒子、大气分子和原子发生相互作用，望远镜收集回波信号，将该信号输入到反演算法中，可以获取到大气成分相关信息。脉冲式测绘激光雷达在固定发射频率下，雷达发射系统发射激光脉冲，经目标发射后由接收系统接收，根据激光发射和接收时间的精确计算确定目标距离、形状、高度等信息。

但是不论大气探测激光雷达还是脉冲式测绘激光雷达都只具备单一的功能，只能对单一的目标进行测量，不能同时实现对大气成分相关信息的获取和确定大气环境中测绘目标的距离、形状、高度等信息。随着技术的发展，常规激光雷达的单功能、单目标、单维度的特点不能满足实际需求，因此提出一种基于电脉冲编码的多功能激光雷达系统。

发明内容

基于此，有必要针对现有常规激光雷达的单功能、单目标、单维度的特点不能满足实际需求的问题，提供一种基于电脉冲编码的多功能激光雷达系统及识别方法。

一种基于电脉冲编码的多功能激光雷达系统，其包括信号发生器、激光器、扫描转台、望远镜、单光子探测器和数据处理器。信号发生器用于产生两路相同的电脉冲序列，两路电脉冲序列分别发送给一个激光器和一个扫描转台。激光器用于接收一路电脉冲序列，并根据电脉冲序列调制激光器出射的脉冲光信号的重复频率。扫描转台用于接收另一路所述电脉冲序列，并根据所述电脉冲序列发生自转；所述扫描转台通过自转改变所述激光器发出的脉冲光信号的发射方向；当发送到所述激光器的所述电脉冲序列控制所述激光器发出重复频率为低频的脉冲光信号时，发送给所述扫描转台的所述电脉冲序列控制所述扫描转台低速转动；当发送到所述激光器的所述电脉冲序列控制所述激光器发出重复频率为高频的脉冲光信号时，发送给所述扫描转台的所述电脉冲序列控制所述扫描转台高速转动。望远镜连接在扫描转台上，用于将脉冲光信号发射到大气，并接收脉冲光信号在大气中的回波信号。单光子探测器用于探测回波信号中的光子数，并记录不同探测距离下的光子数。数据处理器用于根据光子数以及光子的探测距离进行数据处理和算法反演，得出大气参数信息和目标测绘信息。

上述基于电脉冲编码的多功能激光雷达系统，通过信号发生器发出两路的电脉冲序列，当发送到激光器的电脉冲序列控制激光器发出重复频率为低频的脉冲光信号时，扫描转台低速转动，此状态为大气探测模式，可探测气溶胶光学特性，反演大气气溶胶特性，大气成分特性、大气边界层、能见度等参数，实现多参数光学测量。当发送到激光器的电脉冲序列控制激光器发出重复频率为高频的脉冲光信号时，扫描转台高速转动，此状态为目标测绘模式，可以探测地物地貌特征信息，对测绘目标的距离、形状、高度进行判断。在两种扫描模式下，可以连续获得大气成分光学特性和目标测绘信息。本发明的多功能雷达激光系统集成度高，两种雷达系统使用单个激光器、同一套光路和电路系统，扩展单台激光雷达的观测功能。

在其中一个实施例中，望远镜采用收发分置望远镜；望远镜安装在扫描转台上，望远镜的转动速度与扫描转台同步。

在其中一个实施例中，信号发生器产生的两路电脉冲序列为两路相同输出的电脉冲序列，其中一路用于控制激光器出射的脉冲光信号的重复频率，另外一路经扫描转台识别后，根据电脉冲序列的频率调整扫描转台的转动速度。