[发明专利]一种基于偏振调制的双目标光子测距方法

权利要求书

1.一种基于偏振调制的双目标光子测距方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，搭建共焦扫描探测系统；

所述共焦扫描探测系统包括脉冲激光器、线偏振片、偏振分光棱镜、四分之一波片、双轴振镜、偏振调制模块、光子计数器和信号控制器；所述偏振调制模块包括两个线偏振片LP1、LP2，和一个电光相位调制器，所述信号控制器分别与所述脉冲激光器、电光相位调制器、光子计数器连接；

步骤2，建立双目标回波模型，对双目标的回波信号s(t)进行建模，并利用非均匀泊松过程来描述微光条件下光子计数器对回波信号的探测过程来推导光子计数器的理论计数值m的表达式；

步骤3，根据泊松负对数似然方程，推导得到光子计数器的所述实际计数值k与所述理论计数率m的关系；

步骤4，根据偏振调制原理建立双目标回波光子飞行时间(t₁,t₂)与偏振调制模块的光子通过率的关系，并结合双目标回波模型推导光子计数器的理论计数值m和所述双目标回波光子飞行时间(t₁,t₂)及双目标的单脉冲平均回波光子数(N_s1,N_s2)的关系式；

步骤5，通过调整所述电光相位调制器的电压波形来建立方程组并求解所述双目标回波光子飞行时间(t₁,t₂)和双目标的单脉冲平均回波光子数(N_s1,N_s2)，即实现双目标场景的三维测量。

2.如权利要求1所述的一种基于偏振调制的双目标光子测距方法，其特征在于：所述步骤1中，脉冲信号由所述脉冲激光器发射，依次经过所述线偏振片、所述偏振分光棱镜、所述四分之一波片，然后由所述双轴振镜反射到目标场景中，由目标表面经过原光路反射回波信号再经过所述双轴振镜反射，然后通过所述四分之一波片后再被所述偏振分光棱镜反射至所述偏振调制模块；回波信号在所述偏振调制模块中依次经过所述线偏振片LP1、所述偏振相位调制器和所述线偏振片LP2，最后被所述光子计数器接收。

3.如权利要求1所述的一种基于偏振调制的双目标光子测距方法，其特征在于：所述脉冲激光器的脉冲周期和所述电光相位调制器的调制周期相等且相位一致，记为T_G。

4.如权利要求1所述的一种基于偏振调制的双目标光子测距方法，其特征在于：步骤2包括以下子步骤；

步骤2.1：利用反射模型对双目标的回波信号s(t)进行描述，可以得到

s(t)＝N_s1δ(t-t₁)+N_s2δ(t-t₂),t∈(0,T_G] (1)

其中，δ表示delta函数，t表示时间，N_s1和N_s2分别是第一个目标和第二个目标在偏振调制之前的单脉冲平均光子数，t₁和t₂分别是第一个目标和第二个目标的回波信号的飞行时间，T_G为测量周期；

步骤2.2：利用非均匀泊松过程来描述微光条件下光子计数器对回波信号的探测过程；在单个测量周期T_G中，泊松过程的时变率可以被描述为其中η是光子计数器的量子效率，d是光子计数器的暗计数，符合独立的均匀泊松分布过程，则在单个测量周期内，光子计数器的实际计数值k的概率密度函数可以描述为

其中，m为所述光子计数器的理论计数值，可以表示为

5.如权利要求4所述的一种基于偏振调制的双目标光子测距方法，其特征在于：所述步骤3中，在微光条件下，光子计数器在单个测量周期内探测响应值要么为0，要么为1，所以光子计数器在微光条件下的实际计数值k符合如下二项分布：

其中，k＝0,1,…,N，N是激光脉冲数；

对于光子计数器的实际计数值k，其理论计数值m的负对数似然函数为

通过最大化负对数似然函数，可以得到光子计数器的所述实际计数值k与所述理论计数率m的关系