本發(fā)明涉及激光雷達(dá)探測，更具體的說是涉及一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、海霧是一種突發(fā)于近海面的氣象天氣，它的形成速度快、持續(xù)時(shí)間長、擴(kuò)散性強(qiáng)，會引發(fā)能見度驟降的問題。導(dǎo)致海運(yùn)、航行事故頻發(fā)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；當(dāng)下激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展迅猛，激光雷達(dá)在諸多技術(shù)系統(tǒng)、應(yīng)用領(lǐng)域被作為關(guān)鍵的高精度傳感器件，紅外偏振激光雷達(dá)作為激光雷達(dá)的一員經(jīng)常用作大氣成分探測與遙感的關(guān)鍵器件。但是現(xiàn)市場上存在的光學(xué)成像設(shè)備的探測距離有限，成像距離一般為幾十米到幾百米，在高分辨率的前提下，探測距離不超過三百米。難以滿足遠(yuǎn)距離高精度探測需求。針對于海霧的應(yīng)用場景，設(shè)備的抗霧能力有限，難以區(qū)分云層與近海面海霧，易受到海面氣象變化影響，探測信息具有較大的不確定性。因此如何滿足在海霧環(huán)境下大視場、小目標(biāo)的成像需求，實(shí)現(xiàn)海霧環(huán)境下的遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，出射特定偏振態(tài)的1550nm近紅外脈沖探測激光，在雙探測的設(shè)計(jì)下系統(tǒng)接收可見光和1550nm近紅外回波信號，分別在各自的光信道中進(jìn)行偏振成像，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在地基或船載條件下主動式穿透海霧環(huán)境的偏振紅外成像與環(huán)境探測。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，包括發(fā)射模塊、接收模塊和數(shù)據(jù)采集卡；

4、發(fā)射模塊，用于發(fā)出激光光束，并對所述激光光束進(jìn)行整形、壓縮發(fā)散角和起偏處理，生成圓偏振態(tài)的近紅外信號激光光束；

5、接收模塊，用于獲取接收光束，并對所述接收光束進(jìn)行準(zhǔn)直、分光處理，獲得兩路及以上的光束，分別對兩路及以上的所述光束進(jìn)行偏正成像，獲得成像數(shù)據(jù)；

6、數(shù)據(jù)采集卡，分別與發(fā)射模塊、接收模塊電性連接，用于接收所述激光光束的數(shù)據(jù)信息，基于所述激光光束的數(shù)據(jù)信息對所述激光光束的輸出脈沖能量進(jìn)行監(jiān)測以及接收并輸出所述成像數(shù)據(jù)。

7、可選地，所述發(fā)射模塊包括：

8、激光光束發(fā)出模塊，用于輸出所述激光光束；

9、激光光束擴(kuò)束模塊，用于對所述激光光束進(jìn)行整形和壓縮發(fā)散角處理，獲得壓縮光束；

10、激光光束采集模塊，用于對所述壓縮光束的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行采集，并將所述壓縮光束的數(shù)據(jù)信號傳輸至所述數(shù)據(jù)采集卡；

11、激光光束起偏模塊，用于對所述壓縮光束進(jìn)行起偏處理，獲得所述圓偏振態(tài)的近紅外信號激光光束。

12、可選地，所述激光光束發(fā)出模塊采用參數(shù)可調(diào)的脈沖光纖激光器。

13、可選地，所述激光光束采集模塊依次連接的光束采集器、光電探測器和電流信號放大器。

14、可選地，所述激光光束起偏模塊包括在所述激光光束的光路上依次設(shè)置的起偏晶體和1/4玻片，所述1/4玻片與玻片的光軸面成45°角設(shè)置。

15、可選地，所述接收模塊包括：

16、信號接收模塊，用于獲取所述接收光束；

17、信號處理模塊，用于對所述接收光束進(jìn)行雜光屏蔽和光束準(zhǔn)直處理，獲得準(zhǔn)直光束；

18、信號分光模塊，用于對所述準(zhǔn)直光束進(jìn)行分光處理，獲得兩路及以上的光束；

19、成像模塊，用于分別對兩路及以上的所述光束進(jìn)行偏正成像，獲得所述成像數(shù)據(jù)。

20、可選地，所述信號接收模塊包括r-c望遠(yuǎn)接收系統(tǒng)，所述r-c望遠(yuǎn)接收系統(tǒng)包括一個(gè)同側(cè)設(shè)置的主鏡和一個(gè)與所述主鏡對向設(shè)置的次鏡。

21、可選地，所述信號處理模塊包括依次設(shè)置在所述接收光束光路上的光闌和準(zhǔn)直透鏡。

22、可選地，所述信號分光模塊包括設(shè)在所述接收光束光路上的近紅外/可見光分光片；所述近紅外/可見光分光片采用紅外分光楔片。

23、可選地，所述成像模塊包括第一成像模塊和第二成像模塊；所述第一成像模塊包括在第一路光束光路上依次設(shè)置的窄帶寬濾光片、聚焦透鏡、微偏振陣列片和光電探測器；所述第二成像模塊在第二路光束光路上依次設(shè)置的45°高反鏡、聚焦透鏡和偏振成像器。

24、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，本發(fā)明公開提供了一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

25、1.運(yùn)用大氣窗口近紅外激光作為主動式探測信息，并結(jié)合窄脈寬圓偏振態(tài)調(diào)制技術(shù)，取代了傳統(tǒng)的主動式可見光和高傳輸損耗1064nm波長激光的探測方案，可以保障水平方向上更遠(yuǎn)距離的傳輸、實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的透霧能力；

26、2.激光擴(kuò)束透鏡總長為150mm，可以滿足1550nm窄脈寬近紅外高斯激光束在光束質(zhì)量理想下15倍擴(kuò)束要求，既滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要也為機(jī)械加工預(yù)設(shè)余量；

27、3.系統(tǒng)接收模塊采用r-c望遠(yuǎn)接收系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)接收主動式回波激光信號和環(huán)境光信號的共口徑接收效果；

28、4.本系統(tǒng)信號接收穩(wěn)定，成像質(zhì)量較好，能夠應(yīng)用于海霧環(huán)境下的遠(yuǎn)距離高精度探測。

技術(shù)特征：

1.一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)射模塊、接收模塊和數(shù)據(jù)采集卡；

2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射模塊包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光束發(fā)出模塊采用參數(shù)可調(diào)的脈沖光纖激光器。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光束采集模塊依次連接的光束采集器、光電探測器和電流信號放大器。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光束起偏模塊包括在所述激光光束的光路上依次設(shè)置的起偏晶體和1/4玻片，所述1/4玻片與玻片的光軸面成45°角設(shè)置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，所述接收模塊包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，所述信號接收模塊包括r-c望遠(yuǎn)接收系統(tǒng)，所述r-c望遠(yuǎn)接收系統(tǒng)包括一個(gè)同側(cè)設(shè)置的主鏡(1)和一個(gè)與所述主鏡(1)對向設(shè)置的次鏡(2)。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊包括依次設(shè)置在所述接收光束光路上的光闌和準(zhǔn)直透鏡。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，所述信號分光模塊包括設(shè)在所述接收光束光路上的近紅外/可見光分光片；所述近紅外/可見光分光片采用紅外分光楔片。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，其特征在于，所述成像模塊包括第一成像模塊和第二成像模塊；所述第一成像模塊包括在第一路光束光路上依次設(shè)置的窄帶寬濾光片、聚焦透鏡、微偏振陣列片和光電探測器；所述第二成像模塊在第二路光束光路上依次設(shè)置的45°高反鏡、聚焦透鏡和偏振成像器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于激光雷達(dá)的紅外偏振探測成像系統(tǒng)，包括發(fā)射模塊、接收模塊和數(shù)據(jù)采集卡；發(fā)射模塊，用于發(fā)出激光光束，并對所述激光光束進(jìn)行整形、壓縮發(fā)散角和起偏處理，生成圓偏振態(tài)的近紅外信號激光光束；接收模塊，用于獲取接收光束，并對所述接收光束進(jìn)行準(zhǔn)直、分光處理，獲得兩路及以上的光束，分別對兩路及以上的所述光束進(jìn)行偏正成像，獲得成像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集卡，分別與發(fā)射模塊、接收模塊電性連接，用于接收所述激光光束的數(shù)據(jù)信息，基于所述激光光束的數(shù)據(jù)信息對所述激光光束的輸出脈沖能量進(jìn)行監(jiān)測以及接收并輸出所述成像數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)信號接收穩(wěn)定，成像質(zhì)量較好，能夠應(yīng)用于海霧環(huán)境下的遠(yuǎn)距離高精度探測。

技術(shù)研發(fā)人員：彭悅,李林,楊云帆,曾麗娜,李煥煙,劉魯鑫彧,楊雋鋒,曹子杰,陳鵬,劉夢佳,李英超,樂孜純,李聯(lián)合,徐東昕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：海南師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10