一种单光子激光雷达主被动成像探测系统的制作方法

本发明属于雷达成像，尤其涉及一种单光子激光雷达主被动成像探测系统。

背景技术：

1、单光子探测器(spd,single-photon detector)是一种能够响应光子量级信号的高灵敏度光电探测器，是单光子雷达探测、量子通信等领域的基础。随着基础软硬件技术的不断发展，以盖革焦平面相机为基础的单光子激光非扫描激光雷达三维成像探测技术越来越受到人们的关注，并推出了较多的研究成果，在作用距离、成像效果等方面都有了较大的提升，具有较高的应用价值。

2、单光子激光雷达成像探测系统一般都工作在主动成像探测模式，通过本地向发射脉冲激光，照射到目标后发生反射，再由激光接收系统接收目标反射的激光信号，实现对目标的探测。然而，研究发现在一些情况下，系统可以工作在被动模式，即系统接收目标反射的背景光信号，实现对目标的被动成像探测。被动工作模式增加了系统工作的隐蔽性和灵活性，使系统功能更加丰富。

3、目前，针对单光子被动成像探的相关系统较少，实现主动探测和被动探测有机结合的方案更是几乎没有，亟需研发一种单光子激光雷达主被动成像探测系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种单光子激光雷达主被动成像探测系统，本发明通过将单光子激光主动成像探测和单光子被动成像探测有机结合，实现了对目标的主被动成像探测，提高了系统成像探测效率和质量，增加系统任务灵活性。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种单光子激光雷达主被动成像探测系统，所述单光子激光雷达主被动成像探测系统包括：激光发射分系统、激光接受分系统、时序控制和数据处理分系统；其中，所述激光发射分系统用于实现脉冲激光发射，并同时输出出光同步信号；所述时序控制和数据处理分系统用于接收激光发射分系统输出的出光同步信号，并为激光接收分系统输出触发信号，同时处理激光接收分系统输出的探测数据；所述激光接收分系统按照预设频率或基于时序控制和数据处理分系统输出的触发信号进行信号接收；所述单光子激光雷达主被动成像探测系统以被动工作模式或主被动协同工作模式进行成像探测。

4、根据一个优选的实施方式，当所述单光子激光雷达主被动成像探测系统以被动工作模式进行成像探测时：

5、激光接收分系统中的探测器以预设频率工作在内触发探测模式，并将获得的被动探测数据输送至时序控制和数据处理分系统；

6、所述时序控制和数据处理分系统将接受的被动探测数据分配至被动成像数据处理模块，由所述被动成像数据处理模块完成被动数据处理，并输出被动成像探测结果。

7、根据一个优选的实施方式，所述被动成像数据处理模块的数据处理流程包括：将接收的被动探测数据依次进行数据预处理、数据累加、成像结果优化处理从而获得被动成像探测结果。

8、根据一个优选的实施方式，数据预处理步骤，将接收的被动探测数据的光子计数信号转化为强度信号；

9、数据累加步骤，将连续输入的被动探测数据中若干帧数据对应像素的强度累加，得到一帧光子被动成像数据；

10、成像结果优化步骤，利用图像处理算法从被动成像探测数据中提取目标被动成像。

11、根据一个优选的实施方式，所述数据预处理步骤具体为：当某像素的数据大于最小阈值min，小于最大阈值max时，将该像素的强度置为1，否则置为0。

12、根据一个优选的实施方式，所述图像处理算法包括阈值判断图像处理算法和边缘检测图像处理算法。

13、根据一个优选的实施方式，当所述单光子激光雷达主被动成像探测系统以主被动协同工作模式进行成像探测时：

14、所述激光发射分系统每发射一次激光脉冲，同时输出一个出光同步信号给时序控制和数据处理分系统，作为计时的起点；

15、所述时序控制和数据处理分系统接收到出光同步信号上升沿后，向激光接收分系统输出n个周期性脉冲串，作为激光接收分系统中探测器的外触发信号，使得所述激光接收分系统在目标回波信号到达时刻处于第m个测量周期的有效工作时间，其中m＜n，于第m个测量周期完成回波信号的主动接收及处理，并完成n-1个测量周期的被动接收及处理；

16、激光接收分系统探测器在n个外触发脉冲的作用下完成n次数据探测，并将获得的n帧探测数据输入时序控制及数据处理分系统中进行处理；其中，n帧探测数据中，有1帧数据中包含了主动成像探测结果，被动成像探测结果则分别分散在n-1帧数据中；

17、所述时序控制和数据处理分系统将接收的n帧探测数据分别输入主动成像探测数据处理模块和被动成像数据处理模块中，分别处理得到目标的主动成像探测结果和被动成像探测结果。

18、根据一个优选的实施方式，所述时序控制及信号处理模块基于激光测距计时的起点信息以及激光接收分系统反馈的目标回波时间信息，获取目标反射的激光脉冲信号的脉冲飞行时间dt，再利用l＝0.5*c*dt计算得到目标距离，其中c为光速，l为目标距离。

19、根据一个优选的实施方式，所述时序控制和数据处理分系统接收到出光同步信号上升沿后，延时预设时间p后，向激光接收分系统输出n个周期性脉冲串，其中，当前测量周期的延时时间p为基于在先测量周期测得的目标距离l确定。

20、前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

21、本发明的有益效果：本单光子激光雷达主被动成像探测系统的通过将单光子激光主动成像探测和单光子被动成像探测有机结合，系统无需改变硬件，只需改进信号处理算法，即可兼顾主动成像探测和被动成像探测，提高了系统成像探测效率和质量，增加系统任务灵活性。

技术特征：

1.一种单光子激光雷达主被动成像探测系统，其特征在于，所述单光子激光雷达主被动成像探测系统包括：激光发射分系统、激光接受分系统、时序控制和数据处理分系统；

2.如权利要求1所述的单光子激光雷达主被动成像探测系统，其特征在于，当所述单光子激光雷达主被动成像探测系统以被动工作模式进行成像探测时：

3.如权利要求1所述的单光子激光雷达主被动成像探测系统，其特征在于，所述被动成像数据处理模块的数据处理流程包括：将接收的被动探测数据依次进行数据预处理、数据累加、成像结果优化处理从而获得被动成像探测结果。

4.如权利要求3所述的单光子激光雷达主被动成像探测系统，其特征在于，数据预处理步骤，将接收的被动探测数据的光子计数信号转化为强度信号；

5.如权利要求4所述的单光子激光雷达主被动成像探测系统，其特征在于，所述数据预处理步骤具体为：当某像素的数据大于最小阈值min，小于最大阈值max时，将该像素的强度置为1，否则置为0。

6.如权利要求4所述的单光子激光雷达主被动成像探测系统，其特征在于，所述图像处理算法包括阈值判断图像处理算法和边缘检测图像处理算法。

7.如权利要求1所述的单光子激光雷达主被动成像探测系统，其特征在于，当所述单光子激光雷达主被动成像探测系统以主被动协同工作模式进行成像探测时：

8.如权利要求7所述的单光子激光雷达主被动成像探测系统，其特征在于，所述时序控制及信号处理模块基于激光测距计时的起点信息以及激光接收分系统反馈的目标回波时间信息，获取目标反射的激光脉冲信号的脉冲飞行时间dt，再利用l＝0.5*c*dt计算得到目标距离，其中c为光速，l为目标距离。

9.如权利要求8所述的单光子激光雷达主被动成像探测系统，其特征在于，所述时序控制和数据处理分系统接收到出光同步信号上升沿后，延时预设时间p后，向激光接收分系统输出n个周期性脉冲串，其中，当前测量周期的延时时间p为基于在先测量周期测得的目标距离l确定。

技术总结
本发明公开了一种单光子激光雷达主被动成像探测系统，包括：激光发射分系统、激光接受分系统、时序控制和数据处理分系统；激光发射分系统用于实现脉冲激光发射，并同时输出出光同步信号；时序控制和数据处理分系统用于接收激光发射分系统输出的出光同步信号，并为激光接收分系统输出触发信号，同时处理激光接收分系统输出的探测数据；激光接收分系统按照预设频率或基于时序控制和数据处理分系统输出的触发信号进行信号接收；单光子激光雷达主被动成像探测系统以被动工作模式或主被动协同工作模式进行成像探测。通过将单光子激光主动成像探测和单光子被动成像探测有机结合，实现了对目标的主被动成像探测。

技术研发人员：冯波,祝月兵,任瑞,叶鹏,刘志辉
受保护的技术使用者：四川九洲电器集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13