中，从而 得到目标回波的强度值兩^ 阳〇3引
（公式二），
[0034] 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。
[0035] 本实施方式中，信号发生器1输出的振随机序列为复合调制脉冲编码序列，所谓 的复合调制脉冲编码序列是将脉冲位置调制和脉冲幅度调制相结合的一种新型调制方式。
[0036] 本实施方式，Gm-ATO单光子探测器的雪崩事件满足泊松概率分布，不被触发的概 率为P化=0) =exp(-N)，被触发的概率为P化 > 1) = 1-6邱(-N)，N=Ns+Nb+Nd，
[0037] 其中，成是一个回波脉冲在Gm-Aro单光子探测器上产生光电子数，Nb和Nd分别是 每纳秒背景噪声和暗计数噪声在Gm-Aro上产生的光电子数。
[003引运样在幅值为i(iG[l，n])的回波脉冲采样段内，信号的强度为（iNj/n，Gm-APD单光子探测器产生雪崩事件概率为
[0039]
(公式S)，
[0040] 经过一整个复合调制随机编码序列的脉冲回波探测，其中幅值为i的采样段共有 Ml个，M1个幅值为i的采样段成功雪崩了M1'次，运样探测得到的Gm-Aro单光子探测器上 产生雪崩事件概率为， 阳04UPi=Mi'/Ml(公式四），
[0042] 公式=和公式四联立可W得到，每路编码采样结果 阳0创
（公式五），
[0044] 综合所有编码采样的结果，运样回波的强度可W表示为， W45]
(公式二）。
【具体实施方式】 [0046] 本实施方式与二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，步骤二中所述的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。'的获得过程 为：
[0047] 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，
[0048] 其次，对获得的相乘结果的次数进行统计， W例最终，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。'。
[0050] 图3为传统经典的伪随机编码序列的编码图；它是对脉冲位置的调制，所有的发 射脉冲都是同一个强度值
[0051] 我们采用的是复合调制的方法，复合调制脉冲信号如图4所示。它不仅对脉冲位 置进行调制，而且对脉冲的幅度进行调制。幅度调制相当于将传统经典的随机序列编码中 的脉冲幅值又继续细分为1/n，2/n，…i/n，…!!/!!的幅度调制，它们的码值分别记为1，2… i…n，它可W用多值的伪随机序列实现（运里图4中是n= 4的复合调制示意图）。脉冲 的时间宽度为Tpuk。，相邻两个脉冲之间的距离要大于等于Gm-APD的死时间td，运样可W解 决Gm-APD死时间的影响。
【主权项】
1. 一种基于复合调制脉冲编码的4D成像光子计数激光雷达，其特征在于，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-Aro单光子探测器（9)、信号处理模块（10); 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-Aro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。2. 根据权利要求1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，其 特征在于，所述的信号处理模块（10)对接收的信号处理的具体过程为： 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τ，通过下述公式 R = c τ /2 (公式一）， 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表不光速； 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τ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τ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……η-1，η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M 1, M2，…仏以及相同幅值的 各个本振编码脉冲信号M1, M2，…Mn所对应的各个回波脉冲信号的计数结果M' i，M' 2，… Μ，n， 其中，η为正整数； 步骤三，将本振编码脉冲信号的雪崩概率P1= M1' /M1代入到下述公式二中，从而得到 目标回波的强度值疋-其中，i为整数，取值范围为从1至η，表示公式二中对从1到η所有编码的综合统计。3. 根据权利要求2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，其 特征在于，步骤二中所述的相同幅值的各个本振编码脉冲信号M 1, M2，…仏所对应的各个回 波脉冲信号的计数结果M' i，M' 2，…M' η的获得过程为： 首先，将幅值为η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， 其次，对获得的相乘结果的次数进行统计， 最终，获得相同幅值的各个本振编码脉冲信号M1, M2，…Mn所对应的各个回波脉冲信号 的计数结果M' i，M' 2，…M' n。
【专利摘要】一种基于复合调制脉冲编码的4D成像光子计数激光雷达，属于激光雷达技术领域。解决了现有光子计数激光雷达丢失目标强度信息的问题。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-APD单光子探测器、信号处理模块；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，被汇聚的回波信号经过窄带滤波片滤波后，最后由Gm-APD单光子探测器进行探测，探测结果输入信号处理模块。它主要用于目标的检测上。
【IPC分类】G01S17/89
【公开号】CN105182361
【申请号】CN201510477918
【发明人】张子静, 赵远, 张勇, 靳辰飞, 徐路, 苏建忠, 吕华
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月6日