一种水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法

1.本发明涉及激光雷达探测技术领域，具体涉及一种水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法。


背景技术：

2.无论是在海洋中还是陆地上，都有着许多资源、地形以及周边环境等需要对其进行探测。激光雷达采用非接触式进行探测，红外波段的激光雷达广泛用于陆地探测，海水中蓝绿光作为透光窗口的发现，使得基于蓝绿激光的雷达技术开始应用于水下探测领域。
3.激光雷达的应用场景既包括陆地，同时也包含水下。自然环境复杂多变，探测任务需要在多种环境下进行，给激光雷达探测技术带来了巨大的挑战。目前的激光雷达探测技术主要存在以下问题：一是应用场景单一，由于大气和水体介质的不同，对光的折射率差异导致光速设置不同，而且水下环境与陆地差异较大，信号处理难度增加，无法采用与陆地上同样的处理方式；二是陆地上的激光雷达多采用红外波段，而红外波段的激光无法应用到水下环境，必须使用蓝绿波段激光进行水下探测。
4.以往的激光雷达同时采用红外和蓝绿两种波段进行探测，不仅耗费资源，增加了系统复杂度，而且对激光功率、接收端灵敏度有极高的要求，产生了高昂的硬件成本，在很大程度上限制了机载激光探测技术的大规模推广。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提出一种水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法，这种方法使单波段激光雷达系统既能在陆地使用，也能在水下使用，可同时处理水陆两种环境下的回波信号；而且只采用蓝绿波段激光进行探测，简化了设备，节省资源。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法，包括如下步骤：s1，对激光回波的水陆类别进行划分，设定划分标准；陆地和水下环境中的激光回波信号存在差异，可以采取多种方式进行水陆激光回波分类；s2，为陆地和水下环境分别设置对应的信号处理方式：首先是光速的设置，光在真空中的传播速度为299792458m/s，若当前使用环境为陆上，由于空气对可见光的折射率约为1，光速可以设置为299792458m/s；若当前使用环境为水下，因为水对可见光的折射率约为1.33，光速可以设置为225000000m/s，在进行距离计算时，选择与当前环境适配的光速以得到更精准的结果；其次，水下环境与陆地相比，对激光回波信号的影响不同，因此需要针对不同的环境设置相对应的信号处理方法，在陆地上探测时，激光会受到大气的吸收和散射作用；在水
下探测时，需要考虑到海水的光学特性以及海水中光的传输特性，激光受到的吸收和散射作用与陆地有所区别，针对不同的环境使用对应的信号处理方法，使其与环境特点匹配，达到更高的探测精度；s3，每次探测前先进行环境识别，选择与陆地或水下环境匹配的信号处理方式。
7.所述单波段激光雷达系统采用蓝绿光波段进行探测。
8.本发明的优点或有益效果：1.对单波段激光回波的水陆类别进行划分，判断系统当前使用环境，将使用场景单一的激光雷达扩展为水陆两用激光雷达；2.根据水陆环境类别选择对应的信号处理方式，对回波信号进行处理，使其与环境特点匹配，提高探测精度；3.在占用极少时间和资源的情况下，使用单波段激光将水陆环境两种模式的激光雷达系统合并到一起，通过场景切换，提高了激光雷达在水陆环境下进行探测的效率。
附图说明
9.图1为实施例中水陆两用的单波段激光雷达系统探测流程图。
具体实施方式
10.下面结合附图和实施例对本发明内容作详细描述，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
11.实施例：下面参考附图来描述本发明实施例提出的一种水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法，对激光回波的水陆类别进行划分来判断系统当前使用环境，选择对应的信号处理方式，与环境特点匹配，使激光雷达系统在水陆两种场景均可以使用。
12.拉曼效应：指光波在被散射后频率发生变化的现象，若收到的回波信号是在水下环境中得到的，反射回的光子会发生频率偏移。
13.水陆两用的单波段激光雷达系统采用蓝绿光波段。
14.如图1所示，水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法，包括以下步骤：步骤1.设定陆地和水下激光回波的划分标准，在接收端设置647nm的拉曼波段，发射端用532nm的激光照射目标，光波与水体相互作用后的拉曼信号主要集中在647nm附近，探测这个位置的回波强度可以判断当前回波是否为水下获得，由于拉曼信号来自于绿激光同水分子的相互作用，因此探测到拉曼信号的一定是水体，以此作为陆地和水下环境的判断条件；步骤2.为陆地和水下环境分别设置不同的信号处理方式，陆地光速设置为299792458m/s，水下光速设置为225000000m/s，在水下环境的处理中添加后向散射滤除过程，适当增加水下照射的激光功率；步骤3.针对不同的环境选择对应的信号处理方式进行探测，每次探测前先接收回波信号进行环境识别，选择与陆地或水下环境匹配的信号处理方式。
15.步骤3包括如下步骤：
s3-1，发射单波段激光信号；s3-2，接收回波信号，提取回波特征信息；s3-3，根据回波特征信息判断当前环境是否为水下，如果是，则选择水下环境对应的信号处理方式；如果否，则选择陆地环境对应的信号处理方式；s3-4，发射激光进行探测。
16.s3-1—s3-3可采用步骤1的方法，根据是否探测到拉曼信号来对陆地和水下环境进行判断。
17.经过上述步骤，可以使单波段激光雷达系统同时适用于陆地上和水下环境中。
18.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法，其特征在于，包括如下步骤：s1，对激光回波的水陆类别进行划分，设定划分标准；s2，为陆地和水下环境分别设置对应的信号处理方式；s3，每次探测前先进行环境识别，选择与陆地或水下环境匹配的信号处理方式。2.根据权利要求1所述的水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法，其特征在于，所述单波段激光雷达系统采用蓝绿光波段进行探测。3.根据权利要求1所述的水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法，其特征在于，s2中，若当前使用环境为陆上，根据空气对可见光的折射率设置光速；若当前使用环境为水下，根据水对可见光的折射率设置光速。4.根据权利要求1所述的水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法，其特征在于，s3包括如下步骤：s3-1，发射单波段激光信号；s3-2，接收回波信号，提取回波特征信息；s3-3，根据回波特征信息判断当前环境是否为水下，如果是，则选择水下环境对应的信号处理方式；如果否，则选择陆地环境对应的信号处理方式。

技术总结
本发明公开了一种水陆两用的单波段激光雷达系统探测方法，包括：对激光回波的水陆类别进行划分，设定划分标准；为陆地和水下环境分别设置对应的信号处理方式；每次探测前先进行环境识别，选择与陆地或水下环境匹配的信号处理方式。这种方法使单波段激光雷达系统既能在陆地使用，也能在水下使用，可同时处理水陆两种环境下的回波信号；而且只采用蓝绿波段激光进行探测，简化了设备，节省资源。节省资源。节省资源。


技术研发人员：马春波 张波 敖珺
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/3/7