本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种基于gm-apd单光子探测器的高灵敏度微弱信号探测技术。
背景技术：
近几十年来，激光雷达以其方向性好，精度高，分辨率高，小型化等优点广泛地应用于国防以及工业的各个领域中。如今很多领域对于激光雷达探测距离的要求越来越大，另外还有大雾、沙尘等各种特殊环境中的应用等等，这些都导致回波信号极其微弱。除此之外，出于人眼安全和反侦察等方面的考虑，微弱信号的探测逐渐的成为了激光雷达的研究热点。现有的ccd、pin等探测器无法满足其灵敏度的要求。
然而考虑遮蔽目标的探测，3d距离像无法分别哪些像素点回波是目标的哪些是遮蔽物的，这会造成目标识别的模糊和不确定。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术无法探测微弱信号，且无法区分目标和遮蔽物的问题，从而提供基于gm-apd的高灵敏偏振激光雷达系统。
本发明所述的基于gm-apd的高灵敏偏振激光雷达系统，包括脉冲编码发生器1、脉冲激光器2、起偏器3、第一1/4波片4、扫描器5、窄带滤光片6、第二1/4波片7、偏振分光器8、全反镜9、gm-apd1单光子探测器10、gm-apd2单光子探测器11和信号处理模块12；
脉冲编码发生器1产生随机编码的脉冲序列电信号，该电信号用于作为参考信号输入给信号处理模块12，还用于作为外加驱动调制脉冲激光器2产生激光信号脉冲序列，激光信号脉冲序列经起偏器3和第一1/4波片4调制加载设定的偏振态，再经扫描器5照射目标；
返回的激光信号通过扫描器5入射至窄带滤光片6，经窄带滤光片6滤光后入射至第二1/4波片7，第二1/4波片7透射的激光信号入射至偏振分光器8，偏振分光器8将入射的激光信号分为两路激光信号，两路激光信号分别由gm-apd1单光子探测器10和gm-apd2单光子探测器11接收，gm-apd1单光子探测器10输出的探测信号和gm-apd2单光子探测器11输出的探测信号均输入给信号处理模块12；
信号处理模块12用于将参考信号分别与两路探测信号进行相关，得到相关峰的时间位置和相关峰的幅度，并根据相关峰的时间位置和相关峰的幅度得到被测物上对应像素点的距离、强度和偏振度；
扫描器5进行逐点扫描，最终获得被测物上每个像素点的距离、强度和偏振度，得到目标的像。
优选的是，起偏器3的偏振方向为90°，第一1/4波片4的光轴方向为17.632°，第二1/4波片7的光轴方向为17.632°+90°。
优选的是，信号处理模块12根据相关峰的时间位置得到被测物的对应像素点的距离，具体为：
相关峰的时间分别为tι和tιι，激光信号脉冲序列往返于雷达系统和被测物的时间τ为，
其中，c为光速。
优选的是，信号处理模块12根据相关峰的幅度得到被测物的对应像素点的强度，具体为：
根据相关峰的幅度得到经偏振分光器8分光后的两探测光路的计数结果；
则对应像素点的强度ns为：
ns＝-ln(1-k1/k)-ln(1-k2/k)(3)
其中，k为激光信号脉冲序列的脉冲数，k1和k2分别为两探测光路的计数结果。
优选的是，信号处理模块12根据相关峰的幅度得到被测物的对应像素点的偏振度，具体为：
根据相关峰的幅度得到经偏振分光器8分光后的两探测光路的计数结果；
则对应像素点的偏振度dop为：
其中，k为激光信号脉冲序列的脉冲数，k1和k2分别为两探测光路的计数结果。
gm-apd具有极高的响应灵敏度，甚至能够对单个到来的光子进行响应，基于gm-apd的光子计数激光雷达成为了微弱信号探测的理想系统。本发明提出了一个基于gm-apd的光子计数偏振激光雷达系统，该系统可以对极微弱回波光信号(每个脉冲回波光子数远小于1)进行探测，同时获得回波信号的距离、强度、偏振信息，通过偏振信息的比对可以更加有效地对遮蔽物和目标进行分辨。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的基于gm-apd的高灵敏偏振激光雷达系统的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于gm-apd的高灵敏偏振激光雷达系统，包括脉冲编码发生器1、脉冲激光器2、起偏器3、第一1/4波片4、扫描器5、窄带滤光片6、第二1/4波片7、偏振分光器8、全反镜9、gm-apd1单光子探测器10、gm-apd2单光子探测器11和信号处理模块12；
由脉冲编码发生器1产生随机编码的脉冲序列电信号，然后该电信号作为外加驱动调制脉冲激光器2产生激光信号脉冲序列。激光信号脉冲序列再经过起偏器3和第一1/4波片4，通过调节起偏器3和第一1/4波片4的光轴角度可以调制加载任意偏振态。本实施方式中起偏器的偏振方向设为90°，第一1/4波片4的光轴方向设为17.632°。这样发射信号的偏振态为已知的，可以表示为斯托克斯矢量
1、距离信息
两路探测信号分别与参考信号的相关处理，得到相关峰的时间分别为tι,tιι，激光信号脉冲序列往返于雷达系统和被测物的时间τ为，
其中，c为光速。
2、强度和偏振度
发射信号的偏振态调制为已知的
假设目标的米勒矩阵为m，两路回波信号的偏振态可以分别表示为
采用激光信号脉冲的编码序列进行探测，一次探测使用的脉冲序列脉冲数为k，则两探测光路的计数结果分别为k1和k2，这样两探测光路的探测概率就可以统计为p1＝k1/k和p2＝k2/k，因此可以得到两探测光路光电子形式的强度。
n1＝-ln(1-p1)＝-ln(1-k1/k)(2a)
n2＝-ln(1-p2)＝-ln(1-k2/k)(2b)
这样一个脉冲回波强度即一个像素点的强度ns为
ns＝n1+n2＝-ln(1-k1/k)-ln(1-k2/k)(3)
偏振度dop为
gm-apd不同于传统探测器的强度响应模式，gm-apd具有独特的数字化0/1的概率响应模式，本发明基于泊松概率响应模型，建立了gm-apd偏振解算方法，最终提出了一种基于gm-apd的高灵敏偏振激光雷达系统，该系统可以对极微弱回波光信号(每个脉冲回波光子数远小于1)进行探测，同时获得回波信号的距离，强度，偏振度。
自然物体和人造物体的偏振度相差很多，自然物体的表面粗糙，偏振度小，人造物体的表面光滑，偏振度大，从而可以根据被测物的偏振度区分遮蔽物和目标。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。