[发明专利]一种全光纤光路全波形激光雷达系统

摘要

本发明公开了一种全光纤光路全波形激光雷达系统，所述激光雷达系统包括控制单元、激光光源、激光分束单元、激光发射单元、数据读取参考位置产生单元、激光探测单元、数据采集单元和软件单元。控制单元控制脉冲激光器发射激光脉冲，激光脉冲经激光分束单元分为发射激光脉冲光束、发射激光脉冲波形采集光束和发射激光脉冲标记光束，发射激光脉冲光束被目标散射后经激光探测单元进入数据采集单元作为接收激光脉冲波形被采集，软件单元提供人机交互接口。本发明所述激光雷达系统突破了常规激光雷达只能测量有限个距离和强度数据的限制，用光纤元件实现了全波形激光雷达光路的完全光纤化，有效增强了全波形激光雷达调试的灵活性和系统集成的简易性。

主权项

本发明公开了一种全光纤光路全波形激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统中激光光束的传输、分束、出射、接收、合束和探测均采用光纤光路，所述激光雷达系统包括控制单元、激光光源、激光分束单元、激光发射单元、数据读取参考位置产生单元、激光探测单元、数据采集单元和软件单元，所述控制单元由主控计算机和激光器控制模块组成，所述激光光源由脉冲激光器和光纤接头组成，所述激光分束单元由两个光纤分束器组成，分束比分别为99:1和90:10，所述激光发射单元由光纤准直器组成，所述数据读取参考位置产生单元由光纤聚焦镜、光电二极管和放大整形电路组成，所述激光探测单元由望远镜、激光光纤耦合器、光纤合束器、光电探测器和前置放大器组成，所述数据采集单元由高速数据采集卡和定时器组成，所述脉冲激光器接收来自控制单元中激光器控制模块输出的激光器控制信号，发出一定频率和脉冲宽度的激光脉冲，所述激光脉冲被激光光源中的光纤接头耦合进光纤，经光纤传输到激光分束单元，所述激光分束单元中的光纤分束器将脉冲激光器输出的激光脉冲分成3束，第1束称为发射激光脉冲光束，所述发射激光脉冲光束经激光发射单元中的光纤准直器准直输出照向目标，发射激光脉冲经目标散射后成为接收激光脉冲，被激光探测单元中的望远镜收集，并由激光光纤耦合器耦合进光纤，再经光纤合束器进入光电探测器，所述光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，从而被数据采集单元中的高速数据采集卡采集，借助于高速的数据采样，接收激光脉冲波形可以被完整采集，从而实现接收激光脉冲的全波形存储；第2束称为发射激光脉冲波形采集光束，所述发射激光脉冲波形采集光束经光纤传输到激光探测单元中的光纤合束器，经光纤合束器进入到光电探测器，光电探测器将激光脉冲转换为电脉冲信号，从而被数据采集单元中的高速数据采集卡采集，借助于高速的数据采样，发射激光脉冲的波形可以被完整采集，从而实现发射激光脉冲的全波形存储，第3束称为发射激光脉冲标记光束，所述发射激光脉冲标记光束经光纤光路进入到数据读取参考位置产生单元，首先经光纤聚焦镜聚焦输出到光电二级管的光敏面，从而将激光脉冲信号转换为电脉冲信号，电脉冲信号经放大整形电路的放大和整形，转换为可以触发数据采集单元中定时器和高速数据采集卡的发射激光脉冲波形数据标记信号，一方面所述发射激光脉冲波形数据标记信号用于设定发射激光脉冲波形数据读取参考位置，用于控制单元中的主控计算机读取高速数据采集卡中发射激光脉冲波形数据时的参考位置，借助发射激光脉冲波形数据读取参考位置可以实现发射激光脉冲的全波形存储，另一方面所述发射激光脉冲波形数据标记信号触发定时器开始计时，当定时器满足设定的定时长度时，定时器输出接收激光脉冲波形数据标记信号，所述接收激光脉冲波形数据标记信号用于设定接收激光脉冲波形数据读取参考位置，用于主控计算机读取高速数据采集卡中接收激光脉冲波形数据时的参考位置，借助定时器的定时操作可以实现接收激光脉冲波形数据的距离选通存储，同时根据高速数据采集卡中接收激光脉冲波形数据读取参考位置可以实现接收激光脉冲的全波形存储，控制单元完成对激光光源中脉冲激光器和数据采集单元中高速数据采集卡的配置，以及对高速数据采集卡中采集到的数据进行读取、显示、存储和计算；所述软件单元提供人机交互接口，完成数据采集单元中高速数据采集卡采集参数和定时器定时长度的配置，以及激光器控制模块输出激光器控制信号频率和占空比的配置，采集到的数据和数据处理结果的显示；本发明专利可以实现全波形激光雷达光路的全光纤化，同时采用单探测器和单采集通道实现发射激光脉冲和接收激光脉冲的分时探测、分时采集和分时存储，从而得到单次测量中发射激光脉冲和接收激光脉冲的全波形数据。