专利名称：基于密集脉冲的激光探测方法
技术领域：
本发明涉及激光探測技术领域，尤其涉及一种基于密集脉冲的激光探測方法。
背景技术：
弱光探測器件及其相应的弱信号处理电路的发展使得人们能够探測到的光功率越来越小，某些规格的光电 倍增管、雪崩光电ニ极管(APD)可以对单个光子产生响应，因而应用于单光子探测(Wolfgang Becker. Advanced time-correlated singlephoton counting techniques[M]. 2005, Berlin, Heidelberg Springer Verlag BerlinHeidelberg)，对于500nm的可见光，相应的单光子能量为4X 10_19J，可见其可探测的光能量非常小，因而可以用于极微弱的光探測。在实际应用中，进行光探测时，很多情况下除了信号光进入光探測器以外，周围环境的杂散光也会进入，要准确测得信号光就需要信号光和杂散光之间有一定的信噪比，一般要求其強度比要大于5，这就使得探測器能够探测的信号光的最小光功率在很大程度上依赖于杂散光的光功率，为了降低最小可探測信号光功率、提高信噪比，最简单、直接的办法就是提高信号光的发射功率或降低杂散光的功率。提高信号光的发射功率会带来激光器体积的增大和耗能的増加，因而不能无限提高；降低噪声光功率可以通过对探测器及其对应的光学天线的设计减小接收视场角或通过设计与激光器发射波长相对应的窄带滤波器对进入探測器的光进行滤波处理，探測器的接收视场角不能很小，否则其探测对准要求就会很高，并且过小的视场角会限制进入探測器的信号光，滤波器的带宽也不能太窄，带宽越窄，其透过率越低，杂散光衰减的同时，信号光也会衰减，并且，带宽越窄，制作越困难，造价也就越高，很不经济，因此，杂散光功率也不可能无限降低。采用多脉冲叠加的时间相关探测技术或光外差探測的方法可以有效的提高信噪比，降低最小可探測信号光功率，但这两种方法在实际应用中都是有局限的。多脉冲叠加的方法是发ー个脉冲，接收到探测脉冲的回波信号后再发射下ー个脉冲，所需要的时间较长，且不适合于较快运动目标的探測，因为当目标运动时，參与相关的各个信号脉冲的相关度会下降，相关效果会降低，且目标运动速度越快，相关效果越差，当由于目标运动引起的两个信号脉冲之间的时间差大于脉冲本身的时间宽度时，将无法进行时间相关(胡广书.数字信号处理一理论、算法与实现(第二版)[M]，2003,北京清华大学出版社33-38)。这是因为激光回波的时间相关性主要取决于相邻脉冲的间隔，相邻脉冲信号的时间相关性从相邻两个激光脉冲回波信号相对发射信号(主波)的时间差来确定，满足At0^-Tp(I)
C式中，V为目标相对測量点的视线距离变化速度，Tp为相邻两激光脉冲的时间间隔，c为光速，Atci的取值主要受限于探测激光的宽度(一般为15ns)，由(I)式可知，当Atci确定吋，目标相对測量点的视线距离变化速度V和相邻两激光脉冲的时间间隔Tp之间成反比，Tp越大，可用多脉冲叠加的方式测量的目标的速度V越小，减小测量脉冲之间的时间间隔Tp，采用脉冲串技术，可以使V増大，但由于測量点与目标之间的距离L满足L = CTp(2)可见，减小測量脉冲之间的时间间隔Tp会相应的降低激光探測的作用距离，这主要是因为利用脉冲串的激光测量技术中，美国导弹防御系统中的“门警”激光测距系统(王戎瑞.美国导弹防御激光雷达技术 [J].激光与红外，1999，29 (5) =263-266)采用的是3个激光脉冲组成一个脉冲串，脉冲之间的时间间隔为8ms，可以实现100 1000公里测距；我国华北光电技术研究所提出的脉冲串激光测距技术中也采用3个脉冲脉冲组成一个脉冲串，实验中采用的脉冲间隔为300 550us，最远测距距离为112km(钟声远，李松山.脉冲串激光测距技术研究[J]·激光与红外，2006，36 (増刊)797-799)。光外差探測的方法对光的相干性要求较高，激光在大气中传输时，大气湍流效应会严重影响激光的相干性，因此，光外差检测的方法在大气中应用是受限制的(郭培源，付杨.光电检测技术与应用(第二版)[M]，2011，北京北京航空航天大学出版社)。另外，在人造卫星激光测距技术中，可以采用高重复频率的激光脉冲(几KHz)，激光脉冲之间的时间间隔相等且小于激光在观测系统和被测人造卫星之间往返所需要的时间，在这种方法中，探测激光器持续向被测目标发射高重频的激光脉冲，记录每个探测激光脉冲的发射时刻，探測器检测由目标返回的回波脉冲，记录回波脉冲的接收时刻，根据人造卫星的运行轨道预先计算光在探測装置和被测目标之间往返所用的时间，根据这ー计算时间确定与每ー个回波脉冲对应的探测激光脉冲，再根据相应的接收时刻和发射时刻得到被测人造卫星的距离信息。与传统的低于IOHz的激光测距相比较，高重频激光测距大大增加了回波数据量，进而大幅度提高了測量精度，但这种探測方法要求预先知道卫星相对于观测系统的计算距离，这样才能判断回波脉冲与哪ー个发射脉冲相对应(DEGNAN JJ. Satelite laser ranging in the 1990’s :report of the 1994 belmont workshop[R].Maryland NASA,Conference Publication, 1994 :3283)，人造卫星激光测距中，被测目标为合作目标，目标运行速度測量针对人造卫星的角速度，其对回波激光脉冲时间间隔的影响不大。综上，利用弱光探測器直接进行光探测时，由于环境杂散光的影响，信噪比较低；采用多脉冲叠加的时间相关探测技术或光外差探測的方法虽然可以提高信噪比，降低最小可探測信号光功率，但多脉冲叠加的时间相关探测技术由于相邻探测激光脉冲之间的时间间隔太大，不利于远距离探测快速运动的目标，而光外差探測的方法受大气湍流影响较大，人造卫星激光测距中采用的高重频激光测距技术需要预先知道被测目标和測量点的计算距离，如果预先不知道被测目标的距离或计算距离与时间距离偏差较大，则不能利用该方法得到目标的距离信息，并且高重频激光探測脉冲是持续发射的，相邻探测脉冲之间的时间间隔相等，被测目标为合作目标。

发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提高对未知距离的快速移动目标进行激光探測时的信噪比，降低最小可探測光功率，且探测方法不受大气湍流的影响，适应性強。
(ニ)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于密集脉冲的激光探測方法，激光器向被测目标发射的探測激光脉冲不是持续发射，而是分组发射，可对未知距离的快速运动的非合作目标进行探測，且不受大气湍流的影响，该方法包括以下步骤SI、探測信号发生器控制激光器向被测目标发射分组探测激光脉冲，其中，所述探测激光脉冲的组数大于或等于I; S2、第一光电转换器接收所述探测激光脉冲经所述被测目标反射后的回波激光脉冲及由环境光形成的光噪声，并将所述回波激光脉冲和所述光噪声转换为相应的电信号；S3、对所转换的电信号进行处理，检测出所述回波激光脉冲对应的回波电脉冲，并确定与每个所述回波电脉冲对应的所述探测激光脉冲，依据所述回波电脉冲得到所述被测目标的信；每ー组探测激光脉冲中包含时间间隔小于光从激光器经被测目标反射到达第一光电转换器所需时间的多个激光脉冲，相邻所述激光脉冲之间的时间间隔不固定，具体数值根据实际需要确定，所述多个激光脉冲形成ー组密集脉冲。优选地，步骤SI中，所述激光器向所述被测目标一次发射ー组所述密集脉冲，步骤S3中，所述第一光电转换器接收到所述回波激光脉冲后，所述激光器再向所述被测目标发射下一组所述密集脉冲。优选地，步骤SI中，所述探测信号发生器在控制所述激光器在发出探测激光脉冲的同吋，还向执行步骤S3的信号处理器发出包含所述密集脉冲中各脉冲间时间间隔信息的參考信号；或者步骤SI中，所述激光器发出激光脉冲，经分光镜分开，一部分射向被测目标，形成所述探测激光脉冲，一部分作为參考激光脉冲，所述參考激光脉冲经第二光电转换器后形成所述參考信号，交由所述信号处理器处理。优选地，步骤S3具体为对于所转换的电信号中，满足相邻电脉冲之间的时间间隔与所述參考信号提供的对应相邻探测激光脉冲之间的时间间隔之差小于或等于相邻脉冲时间间隔偏差容限的电脉冲为回波电脉冲；依据发射和接收的时间顺序或所述回波电脉冲间的时间间隔信息确定每个所述回波电脉冲对应的所述探测激光脉冲。优选地，所述相邻脉冲时间间隔偏差容限取决于所述被测目标相对于所述激光器及所述第一光电接收器的相对运动速度，所述相对运动速度越大，所述相邻脉冲时间间隔偏差容限也越大。优选地，所述回波激光脉冲中包含所述被测目标的特征信息。优选地，所述被测目标的特征信息包括被测目标的大小、距所述激光器及所述第一光电接收器的距离、运动速度、加速度、反射率、反射率分布及相对反射率分布。优选地，步骤S2中，利用第一光电转换器将所述回波激光脉冲和所述光噪声转换为相应的电信号，且所述回波激光脉冲通过光学天线及窄带滤波器处理后，再会聚到第一光电转换器进行转换；所述參考激光脉冲进入第二光电转换器转换为相应的參考信号。优选地，根据所述第一光电转换器、所述窄带滤波器及所述光学天线的特性參数，计算出所述回波激光脉冲中单个脉冲的峰值功率及到达所述第一光电转换器的时间，根据所述第二光电转换器及所述分光镜的特性參数计算出探测激光脉冲从所述激光器经所述被测目标反射到达所述第一光电转换器所需的时间及接收到的每个所述回波激光脉冲中单个脉冲的峰值功率与对应的所述探测激光脉冲中单个脉冲的峰值功率的比值，经过处理得到被测目标的特征信息。(三)有益效果上述技术方案具有如下优点本发明的基于密集脉冲的激光探测方法，与传统的时间相关光探测技术相比，探测距离只受脉冲组间隔的限制，不受密集脉冲时间间隔的限制，因此，在相同的时间内，可实现多 个密集脉冲的相关运算，从而大幅度节省了探测时间；另外，由于组内的密集脉冲时间相关不是采用简单的脉冲ー个个叠加的方式，而是每ー组作为ー个整体进行相关，这样提高了运算的灵活性，可以使探測到的回波信号与參考脉冲信号进行互相关，也可以对回波信号进行锁相、外差放大等处理，以最大限度的提高信噪比，降低最小可探測光功率。


图I为本发明的方法流程图；图2为基于本发明的激光探測方法的一种实现方式的探測装置示意图；图3为基于本发明的激光探測方法的一种实现方式的脉冲分布示意图；图4为基于本发明的激光探測方法被测目标相对反射率表面分布的装置示意图；图5为基于本发明的激光探測方法被测目标相对反射率表面分布的脉冲分布示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。下面參照图I、图2和图3描述本发明基于密集脉冲的激光探測方法，激光器向目标发射的探測激光脉冲不是持续发射，而是分组发射，探測激光脉冲之间的时间间隔可以相等也可以不相等，被测目标可以为合作目标也可以为非合作目标，被测目标相对于所述激光器及所述第一光电接收器的距离可以未知，适用于快速运动目标的探測，且不受大气瑞流的影响。图I为本发明所述基于密集脉冲的激光探測方法的流程图，本发明基于密集脉冲的激光探測方法包括三个步骤SI、探測信号发生器控制激光器向被测目标发射分组探测激光脉冲，其中，探测激光脉冲的组数大于或等于I。S2、第一光电转换器接收探测激光脉冲经被测目标反射后的回波激光脉冲及周围环境光形成的光噪声，并将回波激光脉冲和光噪声转换为对应的电信号，回波激光脉冲中包含被测目标的信息；S3、信号处理器对第一光电转换器转换的电信号进行处理依据密集脉冲中各脉冲之间的时间间隔检测出回波激光脉冲对应的回波电脉冲，并确定与每个回波电脉冲对应的探测激光脉冲，根据回波电脉冲得到被测目标的信息；其中，每ー组探测激光脉冲中包含时间间隔小于光从激光器经被测目标反射到达第一光电转换器所需时间的多个激光脉冲，所述多个激光脉冲形成ー组密集脉冲。相邻两组密集脉冲之间的时间间隔均相同，或者部分相邻两组密集脉冲之间的时间间隔相同，或者所有相邻两组密集脉冲之间的时间间隔均不相同。每ー组密集脉冲内，相邻激光脉冲之间的时间间隔均相同，或者部分相邻激光脉冲之间的时间间隔相同，或者所有相邻激光脉冲之间的时间间隔均不相同。每ー组密集脉冲中包含的激光脉冲的个 数均相同，或者部分组的密集脉冲中包含的激光脉冲的个数相同，或者每ー组密集脉冲中包含的激光脉冲的个数均不相同。每ー组密集脉冲内每个激光单脉冲的能量均相同，或者部分激光单脉冲的能量相同，或者每ー个激光单脉冲的能量均不相同。基于本发明所述基于密集脉冲的激光探測方法的一种实现方式的探測装置示意图如图2所示,相应的脉冲分布示意图如图3所示。按照图I中给出的步骤，图2中探測信号发生器I依据图3中12所示的探测脉冲信号形式控制激光器2发射分组探测激光脉冲3，同时向信号处理器9发出包含探测激光脉冲时间间隔信息的參考信号，激光器2中可以包含发射光学天线，用来减小探测激光的发散角，图3中探测脉冲信号12中每ー组探测脉冲Gi包含多个时间间隔小于光从激光器2经被测目标4反射到达第一光电转换器8所需时间的脉冲Cp形成ー组密集脉冲11，一次探测时，探测激光脉冲3可以是ー组密集脉冲，也可以是多组密集脉冲，探测脉冲3为多组密集脉冲时，每ー组密集脉冲内包含的激光脉冲的个数可以均相同，也可以部分组的密集脉冲内包含的激光脉冲的个数相同，也可以每ー组密集脉冲内包含的激光脉冲的个数均不相同；相邻两组密集脉冲的时间间隔AGi可以均相同，也可以部分邻两组密集脉冲的时间间隔AGi相同，也可以所有相邻两组密集脉冲的时间间隔AGi均不相同；每ー组密集脉冲Gi内，相邻两个激光脉冲之间的时间间隔ACj可以均相同，也可以部分相邻两个激光脉冲之间的时间间隔Λ _相同，也可以所有相邻两个激光脉冲之间的时间间隔Λ _均不相同；另外，每ー组密集脉冲内，每个激光单脉冲的能量可以均相同，或者部分激光单脉冲能量相同，或者每ー个激光单脉冲的能量均不相同；对于探测脉冲3是多组密集脉冲的情况，激光器2向被测目标4发射ー组密集脉冲，第一光电转换器8接收到对应的回波激光脉冲后，激光器2再向被测目标4发射下ー组密集脉冲。探测激光脉冲3经图2中被测目标4反射后，回波激光脉冲5通过光学天线6及窄带滤波器7后，会聚到光电转换器8，同时，外界环境中产生的光噪声51也会聚到光电转换器8，如果回波激光脉冲5的光功率密度足够大，不需要光学天线6对回波激光脉冲5进行会聚，光电转换器8也能正常探測回波激光脉冲5，则光学天线6可以去掉；如果在光电转换器8的响应光谱范围内，回波激光脉冲5的光功率远大于环境光噪声51的光功率,或在回波激光脉冲5的光谱范围以外,环境光噪声51的光功率很低，则窄带滤波器7可以去掉；可见，光学天线6和窄带滤波器7使用与否要根据实际情况确定。光电转换器8将光信号(回波激光脉冲和光噪声)转换为电信号后交由信号处理器9进行处理，信号处理器9根据探测信号发生器I给出的探測激光脉冲之间的时间间隔，并预估被测目标4相对于所述激光器及所述第一光电接收器的相对运动速度，根据相对运动速度的大小，确定相邻脉冲时间间隔偏差容限，进而判断光电转换器8转换后的电信号中的回波电脉冲，并确定与每个回波电脉冲对应的探测激光脉冲，具体步骤为对于所转换的电信号中，满足相邻电脉冲之间的时间间隔与參考信号提供的对应相邻探测激光脉冲之间的时间间隔之差小于或等于相邻脉冲时间间隔偏差容限的电脉冲为回波电脉冲；若发射的探测激光密集脉冲中，各个激光脉冲的时间间隔相等，则可以依据发射和接收的时间顺序来确定与回波电脉冲所对应的探测激光脉冲，当然，也可以根据回波电脉冲间的时间间隔信息确定每个回波电脉冲对应的探测激光脉冲，譬如可以先确定首尾两个回波电脉冲对应的探测激光脉冲，然后根据其他回波电脉冲与这两个回波电脉冲之间的时间间隔来确定其他回波电脉冲对应的探测激光脉冲；对于密集脉冲中，各个脉冲之间的时间间隔不相等的情况，当然也可以依据发射和 接收的时间顺序来确定与回波电脉冲所对应的探測激光脉冲，也可以根据回波电脉冲间的时间间隔信息确定每个回波电脉冲对应的探测激光脉冲，这时由于相邻回波电脉冲之间的时间间隔不同，因此，直接根据相邻回波电脉冲的时间间隔就可以确定所对应的探测激光脉冲。显然，不能判断为回波电脉冲的电脉冲要么为外界环境产生的光噪声51引起的电脉冲信号，要么为电路本身产生的电噪声，可以不予理会。由于回波激光脉冲5中含有被测目标4的信息，将回波激光脉冲5对应的电脉冲进行处理，得到图2中被测目标4的信息，由显示器10显示出来。下面以测量被测目标表面相对反射率分布为例，阐述本发明所述基于密集脉冲的激光探測方法。本实施例并不用以局限本发明。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。利用本发明所述基于密集脉冲的激光探測方法被测目标的相对反射率分布的装置示意图參考图4，相应的基于本发明所述基于密集脉冲的激光探測方法测量目标表面相对反射率分布的脉冲分布示意图參考图5，被测目标4相对于探測点静止。图4中探測信号发生器I控制图4中激光器2依照图5中14所示的脉冲信号形式发射ー组激光密集脉冲。本实施例中，对每一点的每一次探测采用一组激光密集脉冲，其中包含六个相邻时间间隔很小于光从激光器2经被测目标4反射到达第一光电转换器8所需要的时间的激光脉冲，分别为和C6，相邻脉冲之间的时间间隔相等，均为AC，每个激光脉冲的单脉冲能量相等，图4中的激光器2发射形如图5中14的激光脉冲序列，经分光镜11’后分成探测激光脉冲3和參考激光脉冲12，探测激光脉冲3经图4中被测物体4反射后，回波激光脉冲5通过光学天线6及窄带滤波器7进入光电转换器8，所述回波激光脉冲5的脉冲分布如图5中15所示，和探测激光脉冲分布14相对应，每ー组回波激光脉冲G’包含6个激光脉冲，分别为C’いC’ 2、C’ 3、C’ 4、C’ 5和C’ 6，相邻两激光脉冲之间的间隔，也为AC，回波激光脉冲5进入光电转换器8的同时，周围环境中产生的光噪声51也通过光学天线6及窄带滤波器7进入光电转换器8,光电转换器8将光信号转换为电信号后交由信号处理器9进行处理；參考激光脉冲12进入參考光电转换器13’，转换为电信号后进入信号处理器9进行处理，由于预先知道分光镜11’的分光比，那么由參考激光脉冲12的強度就可以推知探测激光脉冲3的強度在信号处理器9中，对參考激光脉冲12在參考光电转换器13’中转换的六个电脉冲的强度进行判断，依据參考光电转换器13’的特性參数得到每个參考激光脉冲的峰值功率(Jeff Hecht著.贾东方等译.光纤光学[M]，北京人民邮电出版社，2004，333-338)，将參考激光脉冲12中的6个參考激光脉冲的峰值功率计算平均值，得到单个光脉冲的平均峰值功率，由此，再根据分光镜11’的分光比得到探测激光脉冲3中单个脉冲的平均峰值功率。
对于光电转换器8输出的电信号，信号处理器9结合探測信号发生器I给出的參考信号(也可以替换为參考激光脉冲12)对光电转换器8传入的电脉冲信号之间的时间间隔进行计算对比，当光电转换器8传入的电脉冲信号的时间间隔和參考信号脉冲之间的时间间隔相等，即和探测激光脉冲3的脉冲时间间隔相等时，则对应的电脉冲信号就是回波激光脉冲5转换的电脉冲信号，相应地，脉冲时间间隔和參考信号不相等的就是周围环境产生的光噪声51对应的电脉冲或电路本身的电噪声，应当注意，本实施例中，由于在探测过程中，探測装置(包括图4中被测目标4左侧的所有装置)和被测目标之间的相对距离不发生变化，所以，回波激光脉冲5的脉冲时间间隔和參考信号的脉冲时间间隔相等，如果目标是运动的话，则会稍微有所差別。将回波激光脉冲5对应的电脉冲信号确定出来后，信号处理器9根据光电转换器8输入的电信号的強 度、光电转换器8的光电转换特性參数，计算得到入射到光电转换器8的光脉冲的峰值功率(Jeff Hecht著.贾东方等译.光纤光学[M]，北京人民邮电出版社，2004，333-338)，然后依据入射到光电转换器8的光脉冲的峰值功率、窄带滤波器7的透过率及由于窄带滤波器7具有的一定透射光谱范围而引入的背景光噪声的大小计算得到入射到窄带滤波器7的回波激光脉冲5的峰值功率。光学天线6对光具有汇聚作用，用于增强进入光电转换器8的光信号，其接收孔径、透过率及接收角度范围对汇聚作用都有影响，根据这些參量，可以由进入窄带滤光器7的激光脉冲峰值功率反推得到入射光学天线6的激光脉冲峰值功率(毛登森，张记龙.微弱激光辐射探测技术在激光告警设备中的应用[J].测试技术学报，2004，18 (4) :373-376)，再对所有的六个脉冲的峰值功率进行平均，得到回波激光脉冲单个脉冲的平均峰值功率，与探测激光脉冲的单个脉冲的平均峰值功率比对，即可得到被测目标4的对应探測点的相对反射率，由于本实施例的目的是测量目标的相对反射率分布，因此，只要调整入射光的位置，在于纸面垂直的平面内对被测目标4扫描，就可以得到被测目标4的表面相对反射率分布特性，由显示器10显示出来。本发明所述的基于密集脉冲的激光探測方法，与传统的时间相关光探测技术相比，探测距离只受脉冲组间隔的限制，不受密集脉冲时间间隔的限制，因此，在相同的时间内，可实现多个密集脉冲的相关运算，从而大幅度节省了探测时间；另外，由于组内的密集脉冲时间相关不是采用简单的脉冲ー个ー个叠加的方式，而是每一组作为一个整体进行相关，这样提高了运算的灵活性，可以使探測到的回波信号与參考脉冲信号进行互相关，也可以对回波信号进行锁相、外差放大等处理，以最大限度的提高信噪比，降低最小可探測光功率，脉冲串激光测距技术中使用了 3个脉冲作为ー个脉冲串，本发明提出的方法中完全可以使用4个及4个以上的激光脉冲作为ー组密集脉冲。本发明所述的基于密集脉冲的激光探測方法，与传统的光外差探测技术相比，具有可操作性强，可在大气中应用的优点，传统的光外差探测技术，对回波光的频率、相位、偏振状态依赖较强，系统调整精度要求高，可操作性差，考虑到激光在大气中传输吋，大气湍流效应会严重影响激光的相干性，因此，光外差检测的方法在大气中应用是受限制的。本发明所述的基于密集脉冲的激光探測方法，先进行光电转换，然后再对电信号进行外差处理，同样具有外差放大作用，但对光的相干性不再做要求，因此，可以用于大气中目标的探測。本发明所述的基于密集脉冲的激光探測方法，与人造卫星激光测距技术中高重频激光测距相比，不需要预知被测目标和測量点(可以认为是所述激光器及所述第一光电接收器)之间的计算距离，也就是并不需要对被测目标的距离进行估算，可以直接使用本发明所提出的方法对目标测距，拓宽了测距应用范围，特别是对于未知距离的目标进行测距，人造卫星激光测距中的高重频激光测距方法是无法使用的，而本发明提出的基于密集脉冲的激光测距方法可正常使用。 以上所述仅是本发明的优选 实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于密集脉冲的激光探測方法，其特征在于，包括以下步骤 51、探測信号发生器控制激光器向被测目标发射分组探测激光脉冲，其中，所述探测激光脉冲的组数大于或等于I; 52、第一光电转换器接收所述探测激光脉冲经所述被测目标反射后的回波激光脉冲及由环境光形成的光噪声，并将所述回波激光脉冲和所述光噪声转换为相应的电信号； 53、对所转换的电信号进行处理，检测出所述回波激光脉冲对应的回波电脉冲，并确定与每个所述回波电脉冲对应的所述探测激光脉冲，依据所述回波电脉冲得到所述被测目标的信息； 其中，每ー组探测激光脉冲中包含时间间隔小于光从激光器经被测目标反射到达第一光电转换器所需时间的多个激光脉冲，相邻所述激光脉冲之间的时间间隔不固定，所述多个激光脉冲形成ー组密集脉冲。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤SI中，所述激光器向所述被测目标一次发射ー组所述密集脉冲，步骤S3中，所述第一光电转换器接收到所述回波激光脉冲后，所述激光器再向所述被测目标发射下一组所述密集脉冲。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在干，步骤SI中，所述探测信号发生器在控制所述激光器在发出探测激光脉冲的同吋，还向执行步骤S3的信号处理器发出包含所述密集脉冲中各脉冲间时间间隔信息的參考信号；或者 步骤SI中，所述激光器发出激光脉冲，经分光镜分开，一部分射向被测目标，形成所述探测激光脉冲，一部分作为參考激光脉冲，所述參考激光脉冲经第二光电转换器后形成所述參考信号，交由所述信号处理器处理。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3具体为对于所转换的电信号中，满足相邻电脉冲之间的时间间隔与所述參考信号提供的对应相邻探测激光脉冲之间的时间间隔之差小于或等于相邻脉冲时间间隔偏差容限的电脉冲为回波电脉冲；依据发射和接收的时间顺序或所述回波电脉冲间的时间间隔信息确定每个所述回波电脉冲对应的所述探测激光脉冲。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相邻脉冲时间间隔偏差容限取决于所述被测目标相对于所述激光器及所述第一光电接收器的相对运动速度，所述相对运动速度越大，所述脉冲时间间隔偏差容限也越大。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述回波激光脉冲中包含所述被测目标的特征信息。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述被测目标的特征信息包括被测目标的大小、距所述激光器及所述第一光电接收器的距离、运动速度、加速度、反射率、反射率分布及相对反射率分布。
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤S2中，利用所述第一光电转换器将所述回波激光脉冲和所述光噪声转换为相应的电信号，且所述回波激光脉冲通过光学天线及窄带滤波器处理后，再会聚到所述第一光电转换器进行转换；所述參考激光脉冲进入第二光电转换器转换为相应的參考信号。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述第一光电转换器、所述窄带滤波器及所述光学天线的特性參数，计算出所述回波激光脉冲中单个脉冲的峰值功率及到达所述第一光电转换器的时间，根据所述第二光电转换器及所述分光镜的特性參数计算出探测激光脉冲从所述激光器经所述被测目标反射到达所述第一光电转换器所需的时间及接收到的每个所述回波激光脉冲中单个脉冲的峰值功率与对应的所述探测激光脉冲中单个脉冲的峰值功率 的比值，经过处理得到被测目标的特征信息。
全文摘要
本发明涉及激光探测领域，公开了一种基于密集脉冲的激光探测方法，包括步骤激光器向被测目标发射分组探测激光脉冲，探测激光脉冲的组数大于或等于1，每组探测激光脉冲中包含密集的多个脉冲；第一光电转换器接收探测激光脉冲经被测目标反射后的回波激光脉冲及周围环境光噪声，并将回波激光脉冲和光噪声转换为相应的电信号，回波激光脉冲中包含被测目标的信息；信号处理器对探测单元转换的电信号进行处理，依据密集脉冲之间的时间间隔凸显回波激光脉冲对应的电信号，抑制光噪声对应的电信号及电路本身产生的电噪声，并根据回波激光脉冲对应的电信号得到被测目标的信息。本发明的方法可以抑制噪声、凸显信号，提高信噪比及降低最小可探测光功率。
文档编号G01S7/483GK102692622SQ201210170169
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者刘欢, 巩马理, 张海涛, 柳强, 王巍, 王涛, 闫平, 黄磊 申请人:清华大学