一种基于复合调制脉冲编码的4d成像光子计数激光雷达的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光雷达技术领域。
【背景技术】
[0002] 光子计数激光雷达可W在光子匿乏的情况下（平均每个回波脉冲不足一个光子） 对目标进行探测，因此成为了激光雷达领域的研究热点。但是由于其采用的单光子探测器 只能响应信号的有无，不能响应信号的强度，因此光子计数激光雷达丢失了一维重要的信 息一目标强度。
【发明内容】
[0003] 本发明是为了解决现有光子计数激光雷达丢失目标强度信息的问题，本发明提供 了一种基于复合调制脉冲编码的4D成像光子计数激光雷达。
[0004] 一种基于复合调制脉冲编码的4D成像光子计数激光雷达，它包括信号发生器、激 光器、发射光学系统、单向反射器、扫描器、全反射镜、接收光学系统、窄带滤波片、Gm-ATO单 光子探测器、信号处理模块； 阳0化]所述的信号发生器的复合调制随机脉冲信号输出端同时与激光器的复合信号输 入端和信号处理模块的复合信号输入端连接，激光器的脉冲信号输出端与发射光学系统的 脉冲信号输入端连接，发射光学系统输出的光信号经单向反射器透射后入射至扫描器，扫 描器输出光探测信号至目标，经目标反射后的回波信号入射至该扫描器，扫描器输出的回 波信号依次经单向反射器和全反射镜的反射后，入射至接收光学系统进行汇聚回波信号， 被汇聚的回波信号经过窄带滤波片滤波后，最后由Gm-ATO单光子探测器进行探测，探测结 果输入到信号处理模块，信号处理模块对接收的信号进行处理，从而得到目标的距离和强 度信息。
[0006] 所述的信号处理模块对接收的信号处理的具体过程为：
[0007] 步骤一，将Gm-Aro单光子探测器输出的探测结果和信号发生器输出的本振随机 序列进行移位相乘，获得雷达信号延迟时间T，通过下述公式
[000引R=C X/2 (公式一），
[0009] 获得目标的距离值R，其中，信号发生器输出的本振随机序列为复合调制随机脉冲 信号，C表示光速；
[0010] 步骤二，对信号发生器输出的本振脉冲序列进行雷达信号延迟时间T的延迟补 偿，使得本振脉冲序列和回波脉冲序列的探测结果时间对齐，对雷达信号延迟时间T补偿 后的本振随机序列通过比较器进行幅值筛选，分别选出幅值为1、2、3……n-1，n的本振编 码脉冲信号，统计出相同幅值的各个本振编码脉冲信号的个数Ml,M2,…M。^及相同幅值的 各个本振编码脉冲信号Ml,M2,…M。所对应的各个回波脉冲信号的计数结果Ml'，M2'，… Mn'， W11] 其中，n为正整数；
[0012] 步骤S，将本振编码脉冲信号的雪崩概率Pi=Ml' /Ml代入到下述公式二中，从而 得到目标回波的强度值聚， 阳〇1引
（公式二），
[0014] 其中，i为整数，取值范围为从1至n，表示公式二中对从1到n所有编码的综合统 计。
[0015] 步骤二中所述的相同幅值的各个本振编码脉冲信号Ml,M2, 一M。所对应的各个回波 脉冲信号的计数结果M/，M2'，…M。'的获得过程为：
[0016] 首先，将幅值为n的本振编码脉冲信号与其该幅值的本振编码脉冲信号所对应的 回波脉冲序列相乘，获得相乘结果，
[0017] 其次，对获得的相乘结果的次数进行统计，
[001引最终，获得相同幅值的各个本振编码脉冲信号Ml,M2,…M。所对应的各个回波脉冲 信号的计数结果M/，M2'，…M。'。
[0019] 本发明带来的有益效果是，通过复合调制脉冲编码的独特设计弥补了光子计数无 法获得目标强度信息的不足。传统光子计数激光雷达只能给出目标的3D像（角-角-距 离），无法获得目标的强度信息。目前仅靠3D距离像已经很难满足很多复杂的目标的探测 要求。本发明的基于复合调制脉冲编码的4D成像光子计数激光雷达，可W获得目标的4D 像（角角-距离-强度）。本发明提供了一种基于复合调制脉冲编码的4D成像光子计数激 光雷达。运套系统可W获得目标的4D像（角-角-距离-强度），可W获得厘米量级的测 距精度W及1 %W下的强度测量精度，运更加丰富的目标信息，能更准确的对目标进行识别 和判断，W满足未来更加复杂、更加严格的探测要求。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明所述的一种基于复合调制脉冲编码的4D成像光子计数激光雷达的 结构示意图；
[0021] 图2为【具体实施方式】二所述的信号处理模块对接收的信号的处理的流程图；
[0022] 图3为传统经典的伪随机编码序列的编码图；
[0023] 图4为复合调制随机编码序列的编码图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0024] 一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于复合调 制脉冲编码的4D成像光子计数激光雷达，它包括信号发生器1、激光器2、发射光学系统3、 单向反射器4、扫描器5、全反射镜6、接收光学系统7、窄带滤波片8、Gm-ATO单光子探测器 9、信号处理模块10;
[0025] 所述的信号发生器1的复合调制随机脉冲信号输出端同时与激光器2的复合信号 输入端和信号处理模块10的复合信号输入端连接，激光器2的脉冲信号输出端与发射光学 系统3的脉冲信号输入端连接，发射光学系统3输出的光信号经单向反射器4透射后入射 至扫描器5,扫描器5输出光探测信号至目标，经目标反射后的回波信号入射至该扫描器5， 扫描器5输出的回波信号依次经单向反射器4和全反射镜6的反射后，入射至接收光学系 统7进行汇聚回波信号，被汇聚的回波信号经过窄带滤波片8滤波后，最后由Gm-ATO单光 子探测器9进行探测，探测结果输入到信号处理模块10,信号处理模块10对接收的信号进 行处理，从而得到目标的距离和强度信息。
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【具体实施方式】二：参见图2说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一所述 的一种基于复合调制脉冲编码的4D成像光子计数激光雷达的区别在于，所述的信号处理 模块10对接收的信号处理的具体过程为：
[0027] 步骤一，将Gm-Aro单光子探测器9输出的探测结果和信号发生器1输出的本振随 机序列进行移位相乘，获得雷达信号延迟时间T，通过下述公式 阳02引 R=CX/2 (公式一），
[0029] 获得目标的距离值R，其中，信号发生器1输出的本振随机序列为复合调制随机脉 冲信号，C表示光速；
[0030] 步骤二，对信号发生器1输出的本振脉冲序列进行雷达信号延迟时间X的延迟补 偿，使得本振脉冲序列和回波脉冲序列的探测结果时间对齐，对雷达信号延迟时间T补偿 后的本振随机序列通过比较器进行幅值筛选，分别选出幅值为1、2、3……n-1，n的本振编 码脉冲信号，统计出相同幅值的各个本振编码脉冲信号的个数Ml,M2,…M。^及相同幅值的 各个本振编码脉冲信号Ml,M2,…M。所对应的各个回波脉冲信号的计数结果Ml'，M2'，… Mn'， 阳03U 其中，n为正整数；
[0032] 步骤S，将本振编码脉冲信号的雪崩概率Pi=Ml' /Ml代入到下述公式二