[发明专利]一种激光成像雷达装置及其测距的方法

摘要

针对现有距离选通激光成像雷达的距离分辨率低的问题，本发明提供一种激光成像雷达装置和测距的方法，其中，一种激光成像雷达装置包括：激光器、激光调制单元、光学天线单元、探测单元、数据处理单元和图像处理单元；其中，探测单元由计数器、选通门控制器和阵列探测器组成；数据处理单元由累加器和相关器组成；本发明的测距方法，采用了相位编码脉冲幅度调制方式对恒定幅度的激光信号进行了信息加载过程。有益的技术效果：本发明的设备及方法结合了距离选通激光成像雷达的探测距离远以及脉冲相位编码方式的测距分辨率高的优点，同时避免了距离选通激光成像雷达在远距离测量时具有的测距分辨率低以及脉冲相位编码方式的低成像速度的缺点。

主权项

1.一种激光成像雷达装置，包括激光器（1）、激光调制单元（2）、光学天线单元（3）、探测单元（4）、数据处理单元（5）和图像处理单元（6）；其中，激光调制单元（2）由调制器（21）、m序列脉冲信号源（22）和脉冲信号发生器（23）组成；光学天线单元（3）由光学发射天线（31）和光学接收天线（32）组成；探测单元（4）包括选通门控制器（42）和阵列探测器（43）；数据处理单元（5）包含一个相关器（52）；图像处理单元（6）由编码器（61）和计算机（62）组成；脉冲信号发生器（23）产生时钟信号并将时钟信号分别输出给m序列脉冲信号源（22）和探测单元（4）；m序列脉冲信号源（22）依据时钟信号产生的脉冲序列并将脉冲序列分别输入给调制器（21）和数据处理单元（5）；调制器（21）将m序列脉冲信号源（22）的脉冲序列做为调制信号，数据处理单元（5）将m序列脉冲信号源（22）的脉冲序列做为正向参考信号；调制器（21）将由激光器（1）激发产生的激光信号调制后形成激光脉冲序列信号，并经光学发射天线（31）照射到目标物体上；激光脉冲序列信号在目标物体发生反射形成激光回波脉冲信号；光学接收天线（32）接收由目标物体反射回来的激光回波脉冲信号并传输至阵列探测器（43）；受选通门控制器（42）控制的阵列探测器（43）累积激光回波脉冲信号转换为回波信号并输出给相关器（52）；相关器（52）负责数据的运算，并将数据运算的结果输出给编码器（61），由编码器（61）根据回波信号与参考信号的相位差判断目标的距离，并由计算机（62）完成目标的三维距离图像的输出；其特征在于：在探测单元（4）内设有一个计数器（41）；在数据处理单元（5）内设有一个累加器（51）；激光器（1）发射的激光信号为恒定幅度；脉冲信号发生器（23）产生的时钟信号的宽度为；信号源（22）产生的脉冲序列的子码宽度为、周期长度为且排列顺序为m序列的脉冲序列，即正向m序列的脉冲序列；该正向m序列的脉冲序列分别输出给调制器（21）和累加器（51）；调制器（21）以正向m序列的脉冲序列为调制信号对激光信号进行调制，调制后的激光信号为排列顺序为m序列、子码宽度为且周期长度为的激光脉冲序列信号；计数器（41）与脉冲信号发生器（23）相连接，依据脉冲信号发生器（23）所发出的时钟信号进行计数，且将计数器（41）的计数结果输出至选通门控制器（42）；当计数器（41）输出的计数的结果为0到时，选通门控制器（42）驱动阵列探测器（43）积累回波信号，探测器（43）积累回波信号的时间记为选通时间，长度为；当计数器（41）输出为时，选通门控制器（42）驱动阵列探测器（43）向相关器（52）输出积累的回波信号，随后，计数器（41）重置为0，选通门控制器（42）驱动阵列探测器（43）按上述步骤循环执行积累回波信号和输出积累的回波信号；累加器（51）与脉冲信号发生器（23）相连接；累加器（51）以正向m序列的脉冲序列为m序列参考信号输出给累加器（51），累加器（51）对每位信号进行累加并输出给相关器（52）作为反向m序列参考信号；相关器（52）将对探测器（43）输出的回波信号与累加器（51）输出的参考信号针对探测器（43）每个像素输出的积累信号进行相关运算，并将结果输出给编码器（61）；编码器（61）根据回波信号与参考信号的相位差判断目标的距离，并由计算机（62）完成目标的三维距离图像的输出。