[发明专利]基于Gm-APD的高灵敏偏振激光雷达系统

说明书

基于Gm‑APD的高灵敏偏振激光雷达系统，涉及激光雷达技术领域，为了解决现有技术无法探测微弱信号，且无法区分目标和遮蔽物的问题。脉冲编码发生器驱动调制脉冲激光器产生激光信号脉冲序列，激光信号脉冲序列经起偏器和第一1/4波片调制，再经扫描器照射目标；返回的激光信号通过扫描器依次入射至窄带滤光片、第二1/4波片和偏振分光器，偏振分光器将入射的激光信号分为两路激光信号，两路激光信号分别由两个单光子探测器接收，两个单光子探测器输出的探测信号均输入给信号处理模块；信号处理模块用于将参考信号分别与两路探测信号进行相关，得到被测物上对应像素点的距离、强度和偏振度。本发明适用于探测微弱信号。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种基于Gm-APD单光子探测器的高灵敏度微弱信号探测技术。

背景技术

近几十年来，激光雷达以其方向性好，精度高，分辨率高，小型化等优点广泛地应用于国防以及工业的各个领域中。如今很多领域对于激光雷达探测距离的要求越来越大，另外还有大雾、沙尘等各种特殊环境中的应用等等，这些都导致回波信号极其微弱。除此之外，出于人眼安全和反侦察等方面的考虑，微弱信号的探测逐渐的成为了激光雷达的研究热点。现有的CCD、PIN等探测器无法满足其灵敏度的要求。

然而考虑遮蔽目标的探测，3D距离像无法分别哪些像素点回波是目标的哪些是遮蔽物的，这会造成目标识别的模糊和不确定。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术无法探测微弱信号，且无法区分目标和遮蔽物的问题，从而提供基于Gm-APD的高灵敏偏振激光雷达系统。

本发明所述的基于Gm-APD的高灵敏偏振激光雷达系统，包括脉冲编码发生器1、脉冲激光器2、起偏器3、第一1/4波片4、扫描器5、窄带滤光片6、第二1/4波片7、偏振分光器8、全反镜9、Gm-APD1单光子探测器10、Gm-APD2单光子探测器11和信号处理模块12；

脉冲编码发生器1产生随机编码的脉冲序列电信号，该电信号用于作为参考信号输入给信号处理模块12，还用于作为外加驱动调制脉冲激光器2产生激光信号脉冲序列，激光信号脉冲序列经起偏器3和第一1/4波片4调制加载设定的偏振态，再经扫描器5照射目标；

返回的激光信号通过扫描器5入射至窄带滤光片6，经窄带滤光片6滤光后入射至第二1/4波片7，第二1/4波片7透射的激光信号入射至偏振分光器8，偏振分光器8将入射的激光信号分为两路激光信号，两路激光信号分别由Gm-APD1单光子探测器10和Gm-APD2单光子探测器11接收，Gm-APD1单光子探测器10输出的探测信号和Gm-APD2单光子探测器11输出的探测信号均输入给信号处理模块12；

信号处理模块12用于将参考信号分别与两路探测信号进行相关，得到相关峰的时间位置和相关峰的幅度，并根据相关峰的时间位置和相关峰的幅度得到被测物上对应像素点的距离、强度和偏振度；

扫描器5进行逐点扫描，最终获得被测物上每个像素点的距离、强度和偏振度，得到目标的像。

优选的是，起偏器3的偏振方向为90°，第一1/4波片4的光轴方向为17.632°，第二1/4波片7的光轴方向为17.632°+90°。

优选的是，信号处理模块12根据相关峰的时间位置得到被测物的对应像素点的距离，具体为：

相关峰的时间分别为t_Ι和t_ΙΙ，激光信号脉冲序列往返于雷达系统和被测物的时间τ为则被测物的对应像素点的距离R可以表示为

其中，c为光速。

优选的是，信号处理模块12根据相关峰的幅度得到被测物的对应像素点的强度，具体为：

根据相关峰的幅度得到经偏振分光器8分光后的两探测光路的计数结果；