[发明专利]一体化光纤式伪随机码幅度调制偏移校正装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种深度测量矫正装置，尤其涉及一体化光纤式伪随机码幅度调制偏移校正装置，属于激光测距技术领域。

背景技术

近年来，时间相关光子计数型伪随机码扩频系统的研究已经广泛展开，其一，现有的伪随机码激光雷达深度获取系统多采用一路发射伪随机码和另一路产生同步高电平的方法进行探测，现有这种技术存在的问题是高电平脉冲往往无法和码开始发送的时间完全同步，特别在发送高码流速率时，这种不同步性会带来码型重构的偏移，从而导致互相关波形的展宽，深度确度下降等问题；而一些采用了外加锁相环来解决同步性问题的系统，硬件系统的复杂度提高（如：Y.F.Zhang, et al.,Three-dimensional imaging lidar system based on high speed pseudorandom modulation and photon counting[J],2016，14（11）：111101—111103； Philip A. Hiskett, Colin S. Parry, Aongus McCarthy,Gerald S. Buller,“A photon-counting time-of-flight ranging technique developed for the avoidance of range ambiguity at gigahertz clock rates”, OPTICS EXPRESS,2008,16,13684； Nils J. Krichel, Aongus McCarthy, and Gerald S. Buller. “Resolving range ambiguity in a photon counting depth imager operating at kilometer distances”, OPTICS EXPRESS,2010,18,9192.）。

其二，系统的确度也是关键性能参数之一，由于环境因素，如噪声和目标材质等不确定因素的存在，使得时间相关光子计数型伪随机码扩频系统必然存在测量偏移，有报道指出，该偏移的主要原因是由于光子探测器存在“时间漂移效应”或称为“时间抖动”，即单位时间内探测到的光子数越多，所产生的时间到达点的超前越大，系统确度越低 (如：G Kirchner, F. Koidl, et al, Time Walk Compensated SPAD: Multiple Photon Versus Single Photon Operation[J]. Proc. SPIE.3218, 1997:106-112.2.)；在伪随机码系统中，由于单光子探测器的“时间漂移”效应，导致多个光子时间到达点的偏移，必然带来扩频点扩散函数波形的整体深度位移，有必要给出该类系统的偏移矫正方法；而针对单光子探测器本身的偏移矫正阈值比较电路过于复杂，应用性较差，在伪随机码调幅系统研究中，探测到的光子数的偏差是导致扩频点扩散函数位移的关键因素，有必要找到两者之间的关系，更完善的得到深度值的矫正。

针对以上问题，其一，为了避免脉冲的不同步带来的互相关波形展宽的问题，本发明采用收发两路光子到达时间点，一路为参考码型，另一路为接收码型，在光路上采用收发共路的光学系统，最大程度降低噪声对系统的影响，提高光子接收效率；在软件上，采用基于快速傅里叶变换的实时数据处理方法，降低探测时间，提高探测效率；其二，在系统性能提高上，由于“时间漂移效应”同样也会带来时间到达点偏移，导致扩频点扩散函数整体偏移，深度值确度下降，本发明在目标表面特性未知的探测过程中，通过探测到的光子计数值，实时矫正深度计算值，提高系统确度。

发明内容

本发明提出的是一体化的光纤式伪随机码幅度调制偏移校正装置，其目的旨在解决现有伪随机码激光雷达深度获取系统中脉冲不同步、“时间漂移效应”等因素导致的深度计算值确度下降，深度偏移增大的问题；构建一个收发光路共路、小体积、集成度高的光纤式伪码扩频系统，并且在目标特性改变带来激光回波能量改变的情况下，提供一种深度偏移的矫正方法。