[实用新型]精确测定物体角度和角速度的激光雷达测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光雷达探测领域，具体涉及一种精确测定物体角度和角速度的激光雷达测量仪。 

背景技术

激光雷达测量技术作为一种全新的测量手段，为人们主动获取高时空分辨率的空间信息提供了方便，因此被广泛应用于军事、工业、大气探测及航空航天领域，特别是机载激光雷达测量系统和全球定位系统等等。一般激光雷达的发射机可分为两类，一类是连续激光器，另一类是脉冲激光器。连续激光器具有谱线窄，单色性好，探测精度高的特点，但在激光能量和功率方面表现欠佳，因此常被应用于中短距离的探测(＜1km)。相比之下，脉冲激光器具有极高的峰值功率和单脉冲能量，可以用于远距离探测(＞1km)。但是，由于一般激光脉冲序列不具备稳定相位关系，所以此类雷达主要是通过探测回波的强度信息来实现空间探测的。鉴于激光脉冲雷达提供的信息量较为有限，这种雷达主要用于直接测量脉冲的单次往返时间来计算出目标物体的距离，角度，速度等信息，过程简单，但探测精度较低。 

基于上述两类激光器，目前采用的激光测角度和角速度技术主要可以分为基于连续激光器的相位测角法，基于脉冲激光器的飞行时间测角法和适用于各类激光器的四象限跟踪测角法。相位测角法采用的是一种光外差技术，通过测量相位差的方式来计算目标物体表面三个非共线参照点的实际距离，然后利用立体几何知识计算出三点所确定的平面的倾角。这种方法测量精度较高，但量程有限，并且系统过于复杂，对激光能量要求较高。飞行时间法测角与相位法的原理类似，只是这里采用的是计算脉冲飞行的时间来确定参照点的实际距离。该测角法可以有效的利用单脉冲能量，但测量精度较低，量程严重受限于脉冲的重复频率。此外，这种方法只能得到回波的强度信息，无法获得相位信息，所以信息量有限。如果这种方法在空间使用，容易受到外界辐射的干扰，脉冲光的时间抖动大，对测量的精度都有很大的影响。相比以上两种方法，四象限跟踪法适用于各种量程，而且可以实时跟踪目标物体，有较高的测量精度。但这种方法的测量精度也常会受到环境扰动和激光幅度抖动的影响。 

综上所述，虽然利用光学雷达测量角度和角速度的方法很多，但都存在着各种缺陷与不足。 

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种精确测定物体角度和角速度的激光雷达测量仪，该测量仪采用两台光学激光器作为探测源和本振源，通过激光相干叠加效应和四象限成像技术，对未知物体的角度和角速度进行精确测量，使探测光具备了稳定的时频域特性从而扩大了光学探测的信息量，不仅可以为测量提供强度和偏振等信息，还能提供可靠的相位信息。 

本实用新型目的实现由以下技术方案完成： 

一种精确测定物体角度和角速度的激光雷达测量仪，其特征在于：所述激光雷达测量仪包括分别作为发射端、本振端的两光梳激光器，其中所述发射端光梳激光器发出的探测脉冲经由所述目标物体反射后与所述本振端光梳激光器发出的本振脉冲通过一合束器重合构成拍频信号，所述拍频信号经由一透镜聚焦于一四象限探测器。 

所述发射端光梳激光器的探测脉冲光路依次经过一光学整形器、所述目标物体、广角镜、高反镜后再至所述合束镜。 

所述发射端光梳激光器以及所述本振端光梳激光器分别由一铷频标连接锁定。 

所述四象限探测器连接至一数据处理电路。 

本实用新型的优点是：探测过程简单，并且兼具了连续光外差探测的高精度特性和脉冲式探测中脉冲能量高的特点；同时，克服了以往相位法和飞行时间法在探测量程上的不足。 

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图； 

图2为本实用新型的原理框图； 

图3为本实用新型光外差跟踪探测的脉冲时序图； 

图4为本实用新型角度测量的基本原理图； 

图5为本实用新型四象限成像探测的示意图； 

图6为本实用新型中四象限探测器的正视图。 

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解： 

如图1-6所示，图中标记1-13分别为：发射端1、本振端2、铷频标3、光学整形器4、广角镜5、高反镜6、合束镜7、透镜8、四象限探测器9、数据处理电路系统10、目标物体11、探测脉冲12、本振脉冲13。