激光雷达系统回波能量动态范围的压缩方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达系统回波能量动态范围的 压缩方法。
【背景技术】
[0002] 激光雷达是一种具有极高时空分辨率和测量精度的遥感设备，被广泛应用于在无 人导航车、三维城市建模、地形勘测、大气探测等技术领域。为了增大激光雷达系统的测 距范围，需要对预探测区域内的激光回波能量的动态范围进行压缩。目前在高速测量中， Reigl、Velodyne、Optech、北科天绘等国际知名激光雷达制造商均通过电路控制的方式来 压缩激光回波能量动态范围，具有稳定性不足、串扰强、延迟高、工艺难度大等弊端，并且对 优质进口芯片的依赖性极大。因此，高稳定性、低成本的光学方法成为了该项技术的新突破 点。
[0003] 1978年，J.Harms提出在共轴结构下设置中心遮挡有利于压缩激光回波能量的动 态范围，并发现在双轴结构下激光回波能量的动态范围与双轴间隔、夹角有关；1994年，Jin Wang和JuhaKostamovaara初步探讨了发射和接收光学系统的成像位置对激光回波能量 动态范围的影响，并指出在发射和接收光轴之间设置一定的正夹角有利于提高最远探测距 离；2002年，GiorgosChourdakis等人分析了接收光纤孔径和激光束M因子对激光回波能 量动态范围的影响；2005年，KamilStelmaszczyk等人进一步分析了双轴之间的正夹角对 激光回波能量动态范围的影响。针对压缩激光回波能量动态范围的关键方法，上述研宄并 没有给出明确的、定量的结论。
【发明内容】
[0004] 针对【背景技术】存在的问题，本发明提供一种激光雷达系统回波能量动态范围的压 缩方法，具体技术方案如下：
[0005] 一种激光雷达系统回波能量动态范围的压缩方法，在发射光轴与接收光轴中设置 一定的负夹角Au，并将探测器设置在接收光学系统焦平面后一定距离处AL。
[0006] 所述发射光轴与接收光轴之间的负夹角au需满足：
[0007]
【主权项】
1. 一种激光雷达系统回波能量动态范围的压缩方法，其特征在于，在发射光轴与接收 光轴中设置负夹角Au，并将探测器设置在接收光学系统焦平面后距离AL处。
2. 根据权利要求1所述的一种激光雷达系统回波能量动态范围的压缩方法，其特征在 于，所述发射光轴与接收光轴之间的负夹角△u满足：
其中，Zmax是最大可探测距离，是接收光学系统的半视场角，Rd是接收光学系统孔径，S是入射激光的半发散角，Rt是发射光学系统孔径，d是发射光轴与接收光轴的距离。
3. 根据权利要求1所述的一种激光雷达系统回波能量动态范围的压缩方法，其特征在 于，所述探测器与接收光学系统焦平面后的距离AL满足：
其中，〇是调焦系数，f?是接收光学系统焦距。
【专利摘要】本发明涉及一种激光雷达系统回波能量动态范围的压缩方法。本发明尤其适用于双轴结构，通过在发射光轴与接收光轴之间设置一定的负夹角，降低重叠因子随探测距离增加的上升速率，有利于压缩激光回波能量的动态范围；此外，将探测器设置在接收光学系统焦平面后一定距离处，以获得最佳的激光回波能量响应。本发明通过理论分析和数值计算给出的经验性公式和结论，对激光雷达系统的整机设计和性能评估具有指导意义。
【IPC分类】G01S17-88, G01S7-493
【公开号】CN104714221
【申请号】CN201510167154
【发明人】李松, 史光远, 黄科, 李子乐, 杨晋陵
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月9日