偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置及標(biāo)定與補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置，包括偏振標(biāo)定部分和偏振補(bǔ)償部分；偏振標(biāo)定部分包括激光器，激光器的光束上依次設(shè)置有第一λ波片、第一λ波片、擴(kuò)束器、激光雷達(dá)系統(tǒng)、偏振片、會(huì)聚鏡、能量計(jì)；偏振補(bǔ)償部分包括旋轉(zhuǎn)控制器，旋轉(zhuǎn)控制器上通過(guò)電纜分別連接有第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片；偏振補(bǔ)償部分設(shè)置于激光雷達(dá)系統(tǒng)和偏振片之間，第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片依次設(shè)置在激光器的光束上。本發(fā)明還公開(kāi)了偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償方法。本發(fā)明偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置及偏振標(biāo)定與補(bǔ)償方法對(duì)激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行精確的標(biāo)定與補(bǔ)償，消除了光學(xué)系統(tǒng)的偏振影響。
【專利說(shuō)明】偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置及標(biāo)定與補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于偏振探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置， 本發(fā)明還涉及利用該裝置進(jìn)行標(biāo)定與補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br>
【背景技術(shù)】
[0002] 偏振探測(cè)技術(shù)在成像激光雷達(dá)和大氣激光雷達(dá)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。成像 激光雷達(dá)偏振成像技術(shù)在主動(dòng)成像的基礎(chǔ)上，充分利用激光的偏振信息，獲取更多更精確 的目標(biāo)特征信息。獲取的偏振圖像可以有效地區(qū)分金屬與非金屬、人造目標(biāo)和自然目標(biāo)等， 因而近年來(lái)激光雷達(dá)偏振成像遙感技術(shù)引起了人們極大的關(guān)注。偏振激光雷達(dá)用于大氣氣 溶膠探測(cè)時(shí)可以用于區(qū)分球形粒子和非球形粒子，進(jìn)而判斷沙塵暴和卷云等信息。激光雷 達(dá)接收系統(tǒng)通常由望遠(yuǎn)鏡、反射鏡或分光鏡等多片光學(xué)鏡片組成，這些光學(xué)元件通常會(huì)改 變接收光的偏振信息，最終導(dǎo)致退偏比或偏振態(tài)有較大的誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存 在的偏振激光雷達(dá)光路系統(tǒng)對(duì)偏振態(tài)的改變而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果有較大誤差的問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置的標(biāo)定與補(bǔ)償 方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置，包括 偏振標(biāo)定部分和偏振補(bǔ)償部分；偏振標(biāo)定部分包括激光器，激光器的光束上依次設(shè)置有第 -

【權(quán)利要求】
1. 偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置，其特征在于，包括偏振標(biāo)定部分和偏振補(bǔ)償 部分； 偏振標(biāo)定部分包括激光器（1)，激光器（1)的光束上依次設(shè)置有第-
皮片（2)、第一 波片（3)、擴(kuò)束器（4)、激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)、偏振片（6)、會(huì)聚鏡（7)、能量計(jì)（8); 偏振補(bǔ)償部分包括旋轉(zhuǎn)控制器（9)，旋轉(zhuǎn)控制器（9)上通過(guò)電纜分別連接有第二
片（10)、第三
λ波片（11)、第：
激片（12); 偏振補(bǔ)償部分設(shè)置于激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)和偏振片（6)之間，第二
々皮片（10)、第=
波片（11)、第二
λ波片（12)依次設(shè)置在激光器（1)的光束上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述偏 振片（6)的消光比不小于1000:1。
3. 偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償方法，其特征在于，采用偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定 與補(bǔ)償裝置，其結(jié)構(gòu)為： 包括偏振標(biāo)定部分和偏振補(bǔ)償部分； 偏振標(biāo)定部分包括激光器（1)，激光器（1)的光束上依次設(shè)置有第-
l波片（2)、第一 波片（3)、擴(kuò)束器（4)、激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)、偏振片（6)、會(huì)聚鏡（7)、能量計(jì)（8); 偏振補(bǔ)償部分包括旋轉(zhuǎn)控制器（9)，旋轉(zhuǎn)控制器（9)上通過(guò)電纜分別連接有第二波 片（10)、第=
λ波片（11)、第：
^波片（12); 偏振補(bǔ)償部分設(shè)置于激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)和偏振片（6)之間，第二
λ:波片（10)、第三
波片（11)、第二波片（12)依次設(shè)置在激光器（1)的光束上； 偏振片（6)的消光比不小于1000:1 ; 具體按照以下步驟實(shí)施： 步驟1、激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)米勒矩陣測(cè)試； 步驟2、激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)偏振標(biāo)定與補(bǔ)償。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步 驟1的具體實(shí)施步驟為： 步驟1. 1、激光器（1)發(fā)出線偏振激光經(jīng)過(guò)第一波片（2)、第一^λ波片（3)和擴(kuò)束器 4 2 (4)進(jìn)入激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)，光束從激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)出射后經(jīng)過(guò)偏振片（6)、會(huì)聚鏡（7)聚 焦，由能量計(jì)（8)接收光信號(hào)； 步驟1. 2、調(diào)節(jié)第一
k波片（2)和第一
.波片（3)的角度和方位使得從激光器（1)出
射的激光轉(zhuǎn)變?yōu)樗秸駝?dòng)線偏振光；該水平振動(dòng)線偏振光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束器（4)后進(jìn)入激光雷達(dá) 系統(tǒng)（5)，旋轉(zhuǎn)偏振片￠)，利用能量計(jì)（8)接收光信號(hào)，得到光束的偏振態(tài)情況，求出該光 束對(duì)應(yīng)的斯托克斯矢量Sh ; 步驟1. 3、調(diào)節(jié)第一
波片（2)和第-波片（3)的角度和方位使得從激光器（1)出 射的激光轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)直振動(dòng)線偏振光；該堅(jiān)直振動(dòng)線偏振光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束器（4)后進(jìn)入激光雷達(dá) 系統(tǒng)（5)，旋轉(zhuǎn)偏振片￠)，利用能量計(jì)（8)接收光信號(hào)，得到光束的偏振態(tài)情況，求出該光 束對(duì)應(yīng)的斯托克斯矢量Sv ; 步驟1. 4、調(diào)節(jié)第-
λ波片（2)和第一
波片（3)的角度和方位使得從激光器（1)出 射的激光轉(zhuǎn)變?yōu)?5°振動(dòng)線偏振光；該45°振動(dòng)線偏振光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束器（4)后進(jìn)入激光雷達(dá) 系統(tǒng)（5)，旋轉(zhuǎn)偏振片（6)，利用能量計(jì)⑶接收光信號(hào)，得到光束的偏振態(tài)情況，求出該光 束對(duì)應(yīng)的斯托克斯矢量S45 ; 步驟1. 5、調(diào)節(jié)第一
。波片（2)和第一
波片（3)的角度和方位使得從激光器（1)出 射的激光轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮龍A偏振光；該左旋圓偏振光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束器（4)后進(jìn)入激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)， 旋轉(zhuǎn)偏振片￠)，利用能量計(jì)（8)接收光信號(hào)，得到光束的偏振態(tài)情況，求出該光束對(duì)應(yīng)的 斯托克斯矢量; 步驟1. 6、將上述測(cè)試結(jié)果進(jìn)行如下運(yùn)算，得到激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)米勒矩陣：
A = [Cl C2 C3 C4]。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步 驟1. 2、所述步驟1. 3、所述步驟1. 4、所述步驟1. 5中斯托克斯矢量的計(jì)算方法具體為： a. 旋轉(zhuǎn)偏振片￠)的方位，記錄偏振片（6)在0°和90°方位時(shí)能量計(jì)（8)的數(shù)值分 別為Ix、Iy ; b. 旋轉(zhuǎn)偏振片（6)在45°方位，記錄能量計(jì)⑶的數(shù)值I45; c. 在方位為45°的偏振片（6)前方插入方位為零位的λ/4波片，并記錄能量計(jì)（8) 的數(shù)值Ια45 ; d. 利用下述公式求出出射光束對(duì)應(yīng)的斯托克斯矢量S:
S = [S0 ;Si ;s2 ;s3]。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步 驟2的具體實(shí)施步驟為： 步驟2. 1、根據(jù)所述步驟1. 6中得到的激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)的米勒矩陣計(jì)算激光雷達(dá)系統(tǒng) (5)米勒矩陣的逆矩陣f1 ; 步驟2. 2、利用旋轉(zhuǎn)控制器（9)分別改變第二
λ波片（10)、第三
_λ'波片（11)、第二
波片（12)的方位角，計(jì)算第二
λ波片（10)、第三
λ被片（11)、第二
λ波片（12)組成的米 勒矩陣Μ，使得Μ = ΑΛ其中廠1為步驟2. 1中得到的激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)米勒矩陣的逆矩陣； 步驟2. 3、將偏振補(bǔ)償部分放置于所述步驟1. 1中的激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)與偏振片（6)之 間； 步驟2. 4、重復(fù)所述步驟1. 2、所述步驟1. 3、所述步驟1. 4、所述步驟1. 5、所述步驟1. 6 得到激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)米勒矩陣A ; 步驟2. 5、根據(jù)步驟2. 4得到的激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)米勒矩陣A結(jié)合步驟2. 2得到的第二

波片（10)、第三λ波片（11)、第二λ波片（12)組成的米勒矩陣M，計(jì)算經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的激 4 光雷達(dá)系統(tǒng)（5)的米勒矩陣Ac = ΑΧΜ ; 步驟2. 6、利用旋轉(zhuǎn)控制器（9)分別微調(diào)第二
L波片（10)、第三
λ波片（11)、第：
波片（12)的方位角，計(jì)算第二
λ波片（10)、第三
λ波片（11)、第二
λ波片（12)組成的米 勒矩陣Μ ; 步驟2. 7、重復(fù)步驟2. 4、步驟2. 6,計(jì)算經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)的米勒矩陣A。 = AXM，直到計(jì)算出的激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)的米勒矩陣A。為下式：
完成激光雷達(dá)系統(tǒng)（5)的補(bǔ)償與標(biāo)定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的偏振激光雷達(dá)的偏振標(biāo)定與補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步 驟2. 2和所述步驟2. 6中計(jì)算第二波片（10)、第三#λ波片（11)、第二|λ波片（12)組成 4 4 Ζ 的米勒矩陣Μ的具體步驟為： 根據(jù)下式分別計(jì)算出第二丨人波片（10)、第三iλ波片（η)、第二叾λ波片（12)的米勒矩 4 4* Ζ 陣 Mqi、Mq2、Μη，
其中，Λ為波片的相位延遲，Θ為波片的方位角， 根據(jù)下式計(jì)算第二
λ波片（10)、第三
（波片（11)、第二
（波片（12)組成的米勒矩陣 Μ: Μ - MQ1MQ2MH〇
【文檔編號(hào)】G01S7/497GK104297744SQ201410549249
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】狄慧鴿, 華燈鑫, 閻蕾潔, 王玉峰, 汪麗, 高飛 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)