[发明专利]一种探测场景三维信息的方法及雷达系统

说明书

本发明提供一种探测场景三维信息的方法及雷达系统，其中雷达系统包括：量子光源模块，用于利用泵浦光脉冲生成频率关联的第一和第二光子，并得到泵浦光脉冲的输出时间；第一光子发射接收模块，用于将第一光子经过空间色散发射到不同空间方向，获取第一光子中经待测场景反射并原路返回的第一光子被探测到的时间；第二光子发射接收模块，用于将第二光子经过时间色散，获取经过时间色散后的第二光子被探测到的时间；数据处理模块，用于根据输出时间、第一光子和第二光子被探测到的时间得到待测场景的三维图像。用以解决现有技术中光量子雷达需要配合机械扫描才能实现雷达功能的缺陷，实现无需机械光束扫描的光子计数雷达功能，并提高了探测灵敏度。

技术领域

本发明涉及光量子技术领域，尤其涉及一种探测场景三维信息的方法及雷达系统。

背景技术

基于光子飞行时间(ToF)测量的光子计数雷达可以获取环境的三维场景信息，是环境信息感知的重要手段。光子计数雷达技术经过多年发展，在物理实现方式，探测灵敏度和系统体积等方面已经逐渐遇到发展瓶颈，需要引入新的技术突破。

光子计数雷达中的光量子雷达采用处于特定光量子态的光子流照射环境，以获得环境的深度信息。理论分析表明利用光量子态蕴含的量子关联和量子纠缠特性，结合有效的量子测量方法可以极大的提升光子计数雷达的检测灵敏度。但是，尽管已经有一些利用光量子态提升雷达性能实验研究工作报道，但普遍处于原理论证阶段，距离实际应用尚有较大距离。

目前，光量子雷达在测距功能的基础上，需要配合机械扫描才能实现获得环境的深度信息。然而，机械扫描结构往往容易损坏，寿命较短，且扫描精度有限、速度有限，所以这种方法和目前光子计数雷达全固态化和芯片集成化的发展趋势并不相符，限制了该技术在诸多场景中的应用。

发明内容

本发明提供一种探测场景三维信息的雷达系统及方法，用以解决现有技术中光量子雷达需要配合机械扫描才能实现探测场景三维信息的缺陷，实现无需机械光束扫描的光子计数雷达功能，并提高了探测灵敏度。

本发明还提供一种探测场景三维信息的雷达系统，包括：

量子光源模块，用于利用泵浦光脉冲生成频率关联的第一光子和第二光子，并得到所述泵浦光脉冲的输出时间；

第一光子发射接收模块，用于将所述第一光子经过空间色散发射到不同空间方向，获取所述第一光子中经待测场景反射并原路返回的第一光子被第一单光子探测器探测到的时间，以作为第一探测时间；

第二光子发射接收模块，用于将所述第二光子经过时间色散，获取经过时间色散后的所述第二光子被第二单光子探测器探测到的时间，以作为第二探测时间；

数据处理模块，用于根据所述输出时间、所述第一探测时间，以及所述第二探测时间，得到所述待测场景的三维图像。

根据本发明提供的探测场景三维信息的雷达系统，所述量子光源模块包括：泵浦光脉冲、非线性光学材料单元和频率分发单元；

所述泵浦光脉冲用于照射所述非线性光学材料单元；

所述非线性光学材料单元用于利用入射的所述泵浦光脉冲产生频率关联光子对；

所述频率分发单元用于将所述频率关联光子对分离成所述第一光子和第二光子。

根据本发明提供的探测场景三维信息的雷达系统，所述量子光源模块还包括：光电探测模块；

所述光电探测模块用于根据剩余泵浦光脉冲产生包含所述输出时间的电信号，并将所述电信号输入所述数据处理模块；

其中，所述剩余泵浦光脉冲为激励所述非线性光学材料生成频率关联光子对后，剩余的泵浦光脉冲。

根据本发明提供的探测场景三维信息的雷达系统，所述第一光子发射接收模块具体包括：光路调整单元、空间色散元件、扩束元件和第一单光子探测器；