[发明专利]基于高速伪随机码调制和光子计数的远程激光测距系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达，是一种基于高速伪随机码调制和光子计数的远程激光测距系统。

背景技术

目前常用的激光测距方式主要有基于飞行时间的脉冲直接测距法和相位测量法等。基于飞行时间的脉冲直接测距方式应用的最为广泛，测距原理是通过测量发射端和测量点之间的时间间隔得到距离信息。该方法实现简单，但是测距精度低。当该方法用于远程激光测距时通常采用高峰值功率、窄脉冲的固体激光器和大口径的接收望远镜。激光器长时间工作在高峰值功率高能量下，会降低系统的稳定性，同时会增大系统的体积和功耗。而为了避免距离模糊，系统只能工作在低重频下，造成测量点稀疏，距离分辨率低等问题。相位测量法相比直接测距方式结构复杂，对发射激光光源的相干性要求比较高，适用于短距离、高精度的测量场合，不适合远程测距。目前在远程测距和三维成像系统中多采用脉冲直接测距方式，在高峰值功率和低重频的工作模式下，距离分辨率和测距精度都较低，不能满足高精度激光测距测绘的要求。

发明内容

本发明的目的在于改进上述目前远程激光测距中的问题，提供一种基于高速伪随机码调制和光子计数的远程激光测距系统，

本发明的工作原理是采用高速率伪随机码对连续的光纤激光器进行调制，调制后的信号光经发射望远镜系统发射，目标反射光经接收望远镜系统接收后进入高灵敏度的单光子探测器。光子计数卡对探测器输出的信号进行脉冲鉴别和阈值判定后获得回波码元序列，将其与原始伪随机码序列进行互相关运算后得到距离信息。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于高速伪随机码调制和光子计数的远程激光测距系统，其特征在于：包括种子光源、伪随机码发生器、伪随机码调制器、光纤放大系统、发射望远镜、45°全反射镜组、滤光片、接收望远镜，单光子探测器、光子计数卡和计算机，所述的种子光源与伪随机码调制器的输入端相连，所述的伪随机码发生器生成M序列伪随机码，提供给所述的伪随机码调制器和所述的计算机，所述的种子光源输出的激光经伪随机码调制器调制后的信号光，经光纤放大系统放大后入射至发射望远镜，从该发射望远镜输出后的水平光经过45°全反射镜组后水平发射到目标，经目标的返回光依次经过所述的滤光片、接收望远镜、进入单光子探测器，该单光子探测器输出的脉冲信号经光子计数卡的脉冲鉴别和阈值判定，得到的信号码元序列输入所述的计算机，与所述的伪随机码发生器提供的原始伪随机码在所述的计算机中进行相关运算。

所述的种子光源是连续光纤激光器。

所述的伪随机码发生器是任意波形发生器，用于产生M序列伪随机码。

所述的伪随机码调制器为调制速率高于1GHz的铌酸锂电光调制器，用于实现对种子光源进行高速伪随机码调制。

所述的光纤放大系统是采用MOPA结构的三级光纤放大系统。

所述的45°全反射镜组是两块中心波长为种子光源波长与光路成45°的全反射镜构成。

所述的单光子探测器是探测灵敏度达到单光子量级的硅雪崩光电二极管或铟镓砷雪崩光电二极管，所述的硅雪崩光电二极管主要工作在400nm-1100nm；所述的铟镓砷雪崩光电二极管主要工作在900nm-1700nm。

所述的发射望远镜是能实现将光纤放大系统放大后的光纤输出光平行发射的透镜。

所述的滤光片是窄带干涉滤光片，中心波长为种子光源波长，其功能是通过从目标返回的回波信号，滤除背景光和杂散光，带宽小于3nm，透过率大于90%。

为了抑制后脉冲效应，提高单光子探测器的计数率，探测器工作在盖格模式下。

所述的光子计数卡的功能是对单光子探测器输出的脉冲信号进行脉冲鉴别和阈值判定，获得由“0”和“1”构成的信号序列。

所述的计算机具有高速信息处理、控制和显示的功能。根据互相关运算的算法对光子计数卡输出的信号序列与伪随机码发生器提供的原始M序列伪随机码进行互相关运算后计算得到距离信息。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、采用光纤激光器，电光效率高，功耗小，结构紧凑，易于系统集成和小型化。

2、基于高速伪随机码调制和光子计数的激光测距方式，相比直接脉冲激光测距降低了系统对峰值功率的要求。在远程激光测距系统中，光纤激光器能代替高能巨脉冲固体激光器。