[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

说明书

本发明提供了一种闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统和方法，该方法所采用的装置包括：仿真计算机、粗控延时器、激光器、耦合光纤、分束器、能量调制模块、精控延时模块、激光雷达目标点云生成计算机、图像转换模块、图像复合器和光学投影模块组成。本发明将回波信号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。将传统空间域所需的与像元数匹配的M×N个通道数量减少为时间域的K个通道。在空间上采用微光学器件能够满足高分辨率和高集成度，且结构更紧凑。

技术领域

本发明涉及一种激光雷达回波信号模拟系统，特别是涉及一种闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统。

背景技术

激光雷达已开始广泛应用于地理遥感、地质监测、无人驾驶、无人机、家用电气等国民经济各领域。尤其是闪光式激光雷达没有扫描机构，可以对目标一次抓拍成像，经过图像处理生成“角度—角度—距离”或“坐标X—坐标Y—距离Z”的三维图像。为了能够在实验室内模拟激光雷达发射光波与目标作用后的回波信号，使闪光式激光雷达“看”到一幅三维图像，假设激光雷达有M×N个像素，要完全模拟激光雷达的回波信号则需要M×N个通道，即每个通道需要延时精确控制和能量精确衰减的模拟。随着高速APD阵列探测器的发展，闪光式激光雷达成像像素规模不断增加，导致回波信号模拟的难度也越来越大，所需通道数量与阵列规模成正比，回波信号模拟的成本急剧增加。如果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，将传统二维空间域所需的与像元数匹配的M×N个通道数量减少为时间域的K个通道(K是正整数，且KM×N)即可近似模拟激光雷达的回波信号。为此本发明提出一种新型闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统和方法。

根据本发明提供的一种闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟方法，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。

优选地，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。

根据本发明提供的一种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、粗控延时器、激光器、耦合光纤、分束器、能量调制模块、精控延时模块、激光雷达目标点云生成计算机、图像转换模块、图像复合器、光学投影模块；

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

优选地，能量控制模块包括衰减器和能量调制驱动器；仿真计算机发出的控制信号通过电缆传输到能量驱动器，激光雷达目标点云生成计算机的控制信号通过电缆传输到能量驱动器；能量调制驱动器通过电缆输出的驱动信号控制每个衰减器的衰减量。