[发明专利]闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统和方法

权利要求书

1.一种闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟方法，其特征在于，包括：

将三维目标沿距离维进行切片，时间切片的间距由精控延时模拟，每个切片的图案由微快门阵列器件模拟，激光雷达到目标的距离由粗控延时模拟，通过时间域的K个通道，近似模拟激光雷达的回波信号；

按照距离维度，将不同模拟精度的部分进行分离，即激光雷达和目标的距离由粗控延时模拟，目标在距离维度的细节表现由精控延时模拟；每一个切片是二维的，表征了目标在该距离下的回波图像；空域上：通过多个微快门阵列器件，满足激光雷达对回波图像模拟的空间分辨率要求；时域上：对与微快门阵列器件相对应的通道在时间维进行切片或精确延时，实现图像序列在时间维的模拟。

2.一种闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统，其特征在于，采用权利要求1所述的闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟方法；

所述闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统包括：仿真计算机(2)、粗控延时器(3)、激光器(5)、耦合光纤(6)、分束器(7)、能量调制模块(8)、精控延时模块(12)、激光雷达目标点云生成计算机(11)、图像转换模块(18)、图像复合器(19)、光学投影模块(20)；

来自被测激光雷达的时钟同步信号或触发信号(1)通过电缆传输至仿真计算机(2)、能量调制模块(8)、激光雷达目标点云生成计算机(11)、精控延时模块(12)、图像转换模块(18)；仿真计算机(2)通过计算机板卡接口或电缆与粗控延时器(3)连接；粗控延时器(3)通过电缆与激光器(5)连接；激光器(5)发出的激光经耦合光纤(6)与分束器(7)连接；分束器(7)将激光信号进行K路分束，并通过光纤与衰减器(9)连接，衰减器(9)输出的激光信号仍经过光纤传输进入精控延时器(13)，精控延时器(13)输出激光信号再次进入光纤并经光纤准直器(16)准直输出，每一路经过准直的激光信号由K个微快门阵列(17)调制，经图像复合器(19)进行图像的复合，由光学投影模块(20)进行图像的空间准直输出，与激光雷达光学系统匹配。

3.根据权利要求2所述的闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统，其特征在于，能量控制模块(8)包括衰减器(9)和能量调制驱动器(10)；仿真计算机(2)发出的控制信号通过电缆传输到能量驱动器(10)，激光雷达目标点云生成计算机(11)的控制信号通过电缆传输到能量驱动器(10)；能量调制驱动器(10)通过电缆输出的驱动信号控制每个衰减器(9)的衰减量。

4.根据权利要求2所述的闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统，其特征在于，精控延时模块(12)包括精控延时驱动器(14)和精控延时器(13)；来自激光雷达目标点云生成计算机(11)的信号通过电缆传输至精控延时驱动器(14)，精控延时驱动器(14)的驱动信号通过电缆控制每一路精控延时器(13)。

5.根据权利要求2所述的闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统，其特征在于，图像转换模块(18)包括微快门阵列驱动(15)、K个微快门阵列(17)、K路光纤准直器(16)；微快门阵列驱动器(15)通过电缆从激光雷达目标点云生成计算机(11)获取数字图像信号，转换为微快门阵列的驱动信号，通过电缆控制每个微快门阵列(17)。

6.根据权利要求2所述闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统，其特征在于，

所述的粗控延时器是电延时芯片或板卡；

所述的激光器是调Q激光器或增益开关式的连续运转激光器，激光器的运转波长与激光雷达的发射和接收激光波长一致；

所述的精控延时器选用光纤延时线；

所述的微快门阵列选用MEMS器件；

所述的图像复合器选用微棱镜阵列或微透镜阵列等器件，将微快门阵列调制后的信号进行空间的复合。

7.根据权利要求2所述闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统，其特征在于，当激光雷达发射机发射一个脉冲的同时会产生一个触发信号，仿真计算机进行解算获得激光雷达和目标的相对距离确定粗控延时量，该触发信号经过粗控延时器相应的电延时后触发激光器；激光器输出一个激光脉冲信号，由耦合光纤经分束器均分为K路，对每一路通过控制衰减器对光信号进行能量的衰减；

激光雷达发射一个脉冲的同时，激光雷达目标点云生成计算机对这一帧回波信号点云数据按时间细分为K个切片图像，解算出每个通道的能量控制信息，同时K个切片图像的时间差用时间精控延时模块控制激光脉冲延时时间；衰减器和精控延时器的驱动信号分别来自于能量调制驱动器和精控延时驱动器，控制信号由激光雷达目标点云生成计算机和仿真计算机的模型解算获得；

K路输出的光脉冲分别经过K个光纤准直器均匀照射到K个微快门阵列；其中每个微快门阵列具有M×N的像元，并由微快门阵列驱动器驱动；按照对应序列对切片图像加载；K个脉冲按照精确延时依次抵达，先后生成的图像经过图像复合器使激光雷达能够按照既定的时间序列接收到来自同一方向的图像序列；图像复合器的输出需要经过光学投影模块准直后与被测激光雷达的光学系统进行匹配；激光雷达就能够根据接收的图像序列，进行处理后生成一帧具有M×N×K像元的3D图像。