[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

说明书

技术领域

本发明属于激光主动探测技术领域，具体涉及一种激光雷达对点目标探测能力的精确标定装置与方法。

背景技术

激光雷达的探测能力是系统设计的主要技术指标，探测能力的大小由整个系统的综合性能(探测灵敏度)、传输介质情况和被测目标的特性决定。星载或机载仪器的探测距离通常很远，探测能力的大小不能直接测量或测试成本高昂，需要在地面采用间接测量和分析计算的方法进行评估。根据探测目标相对于光束横截面积的不同，探测目标通常可分为面目标和点目标。同一台仪器，当探测目标性质发生变化时，其探测能力也会发生较大的变化。当探测目标为面目标时，激光发射光束质量对其没有影响，地面定标与测试也较为容易，目前已经有较为成熟的室内和外场测试方法，如消光试验法、光纤消光法和直接模拟测量法。当探测目标为点目标时，探测能力受到远场光束分布的影响，目标处于光束截面的不同位置时探测能力也会发生较大变化，这给地面的定标和测试带来了很大的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光雷达对点目标探测能力的精确标定装置与方法，以解决当激光雷达的探测目标远小于激光束截面积时，其探测能力(最大探测范围)受光束质量分布影响严重而无法精确定量标定的难题。

本发明所采用的技术方案是，一种激光雷达对点目标探测能力的精确标定装置，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；

室内激光远场分布测试装置包括第一激光雷达发射系统、第一分光镜、长焦距抛物面反射镜和计算机处理系统；第一分光镜与计算机处理系统之间依次设置有第一光电转换器和第一延时器，第一光电转换器、第一延时器和计算机处理系统依次通过导线连接；第一分光镜与长焦距抛物面反射镜之间设置有第一中性密度滤光片；计算机处理系统还通过导线连接有光束质量分析仪，光束质量分析仪与长焦距抛物面反射镜之间设置有第一反射镜；

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、第二分光镜、第三分光镜、激光雷达接收系统、长焦距平行光管和CMOS相机；第二分光镜位于第二激光雷达发射系统与长焦距平行光管之间，第三分光镜位于激光雷达接收系统与长焦距平行光管之间；第二激光雷达发射系统与第二分光镜之间还设置有第二中性密度滤光片；第二分光镜与第三分光镜之间依次设置有第二光电转换器、第二延时器、光纤输出激光器、准直器和吸收型衰减片，第二光电转换器、第二延时器和光纤输出激光器依次通过导线连接，光纤输出激光器与准直器之间通过光纤连接，光纤上设置有衰减器；CMOS相机的光敏面位于长焦距平行光管的焦平面上。

本发明所采用的另一个技术方案是，利用上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，具体操作步骤如下：

步骤1，

第一激光雷达发射系统发射出激光脉冲，经第一分光镜分为两束：其中一束激光透射过第一中性密度滤光片并经第一中性密度滤光片的衰减后水平射入长焦距抛物面反射镜，再经长焦距抛物面反射镜反射给第一反射镜，再由第一反射镜反射后聚焦在光束质量分析仪的光敏面上，形成发射激光光斑，光束质量分析仪的光敏面位于长焦距抛物面反射镜的焦面上；另外一束激光进入第一光电转换器转换为电信号，电信号再经第一延时器延时后进入计算机处理系统，实现光信号的同步采集；将光束质量分析仪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发射出激光束，经过第二中性密度滤光片衰减后进入第二分光镜，被第二分光镜分为两束：其中一束激光束透射过第二分光镜直接水平射向长焦距平行光管上；另一束激光束被第二分光镜反射进入第二光电转换器将光信号转换为电信号，又经第二延时器延时后触发光纤输出激光器输出光脉冲信号，光脉冲信号经过光纤和衰减器后被准直器准直成为准直光，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的衰减后被第三分光镜分为两束：一束模拟回波信号水平射向长焦距平行光管，另一束模拟回波信号进入激光雷达接收系统；进入长焦距平行光管的两束光聚焦在焦面上并由CMOS相机探测出激光光斑，通过平行光管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模拟回波信号的能量值为P；

步骤4，