[发明专利]一种激光雷达对点目标探测能力的精确标定装置与方法

权利要求书

1.一种激光雷达对点目标探测能力的精确标定装置，其特征在于：由室内激光远场分布测试装置和激光雷达探测灵敏度测试装置组成；

所述室内激光远场分布测试装置包括第一激光雷达发射系统(1-9)、第一分光镜(1-1)、长焦距抛物面反射镜(1-3)和计算机处理系统(1-8)；第一分光镜(1-1)与计算机处理系统(1-8)之间依次设置有第一光电转换器(1-6)和第一延时器(1-7)，第一光电转换器(1-6)、第一延时器(1-7)和计算机处理系统(1-8)依次通过导线连接；第一分光镜(1-1)与长焦距抛物面反射镜(1-3)之间设置有第一中性密度滤光片(1-2)；计算机处理系统(1-8)还通过导线连接有光束质量分析仪(1-5)，光束质量分析仪(1-5)与长焦距抛物面反射镜(1-3)之间设置有第一反射镜(1-4)；

所述激光雷达探测灵敏度测试装置包括第二激光雷达发射系统(2-17)、第二分光镜(2-16)、第三分光镜(2-10)、激光雷达接收系统(2-18)、长焦距平行光管(2-14)和CMOS相机(2-15)；第二分光镜(2-16)位于第二激光雷达发射系统(2-17)与长焦距平行光管(2-14)之间，第三分光镜(2-10)位于激光雷达接收系统(2-18)与长焦距平行光管(2-14)之间；第二激光雷达发射系统(2-17)与第二分光镜(2-16)之间还设置有第二中性密度滤光片(2-1)；第二分光镜(2-16)与第三分光镜(2-10)之间依次设置有第二光电转换器(2-2)、第二延时器(2-3)、光纤输出激光器(2-4)、准直器(2-7)和吸收型衰减片(2-9)，第二光电转换器(2-2)、第二延时器(2-3)和光纤输出激光器(2-4)依次通过导线连接，光纤输出激光器(2-4)与准直器(2-7)之间通过光纤(2-5)连接，光纤(2-5)上设置有衰减器(2-6)；CMOS相机(2-15)的光敏面位于长焦距平行光管(2-14)的焦平面上。

2.一种利用权利要求1所述激光雷达对点目标探测能力的精确标定装置进行精确标定的方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

步骤1，

第一激光雷达发射系统(1-9)发射出激光脉冲，经第一分光镜(1-1)分为两束：其中一束激光透射过第一中性密度滤光片(1-2)并经第一中性密度滤光片(1-2)的衰减后水平射入长焦距抛物面反射镜(1-3)，再经长焦距抛物面反射镜(1-3)反射给第一反射镜(1-4)，再由第一反射镜(1-4)反射后聚焦在光束质量分析仪(1-5)的光敏面上，形成发射激光光斑，光束质量分析仪(1-5)的光敏面位于长焦距抛物面反射镜(1-3)的焦面上；另外一束激光进入第一光电转换器(1-6)转换为电信号，电信号再经第一延时器(1-7)延时后进入计算机处理系统(1-8)，实现光信号的同步采集；将光束质量分析仪(1-5)采集到的光斑进行数学处理即可得到激光雷达发射激光的光束质量分布K；

步骤2，

第二激光雷达发射系统(2-17)发射出激光束，经过第二中性密度滤光片(2-1)衰减后进入第二分光镜(2-16)，被第二分光镜(2-16)分为两束：其中一束激光束透射过第二分光镜(2-16)直接水平射向长焦距平行光管(2-14)上；另一束激光束被第二分光镜(2-16)反射进入第二光电转换器(2-2)将光信号转换为电信号，又经第二延时器(2-3)延时后触发光纤输出激光器(2-4)输出光脉冲信号，光脉冲信号经过光纤(2-5)和衰减器(2-6)后被准直器(2-7)准直成为准直光，此准直光即为模拟回波信号；模拟回波信号经过吸收型衰减片(2-9)的衰减后被第三分光镜(2-10)分为两束：一束模拟回波信号水平射向长焦距平行光管(2-14)，另一束模拟回波信号进入激光雷达接收系统(2-18)；进入长焦距平行光管(2-14)的两束光聚焦在焦面上并由CMOS相机(2-15)探测出激光光斑，通过平行光管(2-14)将激光雷达发射激光束和模拟回波信号调节平行，使得CMOS相机(2-15)探测出的两束光的激光光斑重合；

步骤3，

当激光雷达发射激光束和模拟回波信号调节平行后，测得进入激光雷达接收系统(2-18)模拟回波信号的能量值为P；

步骤4，

模拟回波信号进入激光雷达接收系统(2-18)后，激光雷达接收系统(2-18)输出探测信号；增加吸收型衰减片(2-9)的衰减倍数，至激光雷达接收系统(2-18)输出的探测信号达到临界值；并且标定吸收型衰减片(2-9)的衰减倍数，获得激光雷达接收系统(2-18)的最小可探测功率P_rmin，P_rmin＝P×衰减倍数；

步骤5，

根据下式获得激光雷达对小目标的探测能力，即最大可探测范围值R_max，R_max如下式所示：

Rmax=(KPtτ0Arσπ2θt2Prmin)14---(1)]]>

式中，K为光束质量分析仪(1-5)测得的光束质量分布函数，P_t是第二激光雷达发射系统(2-17)输出的功率，τ₀是接收光学系统效率，σ为被探测目标的雷达截面，A_r是接收光学系统孔径面积，θ_t是发射光束发散角，P_rmin是到达激光雷达的最小可探测功率。