气动光学效应自适应补偿的远距离激光测距方法及装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115902820A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202210627908.XG01S17/08(2006.01)(22)申请日2022.05.26(71)申请人中国科学院上海光学精密机械研究所地址201800上海市嘉定区清河路390号(72)发明人鲁伟张芳沛周煜卢智勇孙建锋(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317专利代理师张宁展(51)Int.Cl.G01S7/481(2006.01)G01S7/483(2006.01)G01S7/495(2006.01)G01S7/497(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称气动光学效应自适应补偿的远距离激光测距方法及装置(57)摘要本发明公开了一种收发分离式多通道激光相干测距雷达气动光学效应自适应补偿方法，属于机载激光测距雷达的波前畸变补偿领域。包括收发分离的激光雷达发射光学天线、可变焦莫尔透镜、可变形镜、波前探测器、波前校正控制器、分光镜和红外光束分析仪等。所述的激光雷达发射光学天线为收发分离多通道光学天线，包含高功率发射通道和三个弱回波接收通道，位于整个系统的最前方。所述可变焦莫尔透镜设置在接收准直器前方，对回波中的负透镜离焦效应进行自适应调焦校正。所述波前探测器、可变形镜和波前校正控制器构成整个雷达系统内的自适应光学闭环子系统模块，实现对波前畸变的校正。该方法适用于需要发射高功率激光的远距离激光相干雷达测距系统。CN115902820ACN115902820A权利要求书1/2页1.一种气动光学效应自适应补偿的远距离激光测距方法，基于收发分离式多通道激光雷达光学天线，其特征在于，包括：利用光学天线对高功率激光器发射的激光扩束后向远距离目标发射，并对远距离目标反射回的目标回波缩束后，进入N个通道；每个通道内沿光轴方向设置有由至少个衍射光学元件组成的可变焦莫尔透镜，该可变焦莫尔透镜受调焦控制器控制，改变两个衍射光学元件的旋转角度；所述的目标回波经可变焦莫尔透镜后，经第一分光片分为第一透射光和第一反射光；所述的第一透射光经离焦探测透镜进入红外光束分析仪，该红外光束分析仪对各接收通道的聚焦光斑进行分析，输出反馈信号到调焦控制器，该调焦控制器根据反馈信号对各接收通道的可变焦莫尔透镜进行正负方向上的调焦，直到所述的红外光束分析仪上的光斑接近理论的艾里斑，完成离焦的轴向校正；所述的第一反射光入射到可变形镜上，经该可变形镜反射后，由第二分光片分为第二反射光和第二透射光，所述的第二反射光进入波前探测器，该波前探测器对各通道的目标回波波前进行探测并计算出波前畸变，将畸变值传输给可变形镜控制器，该可变形镜控制器经过计算处理得到变形镜单元镜片的致动电压，利用该致动电压驱动所述的可变形镜对实时波前进行共轭校正；所述的第二透射光经接收准直镜阵列聚焦到光纤端面后，进入光电探测器与本地信号进行相干混频处理，得到各个通道的远距离测距信号；将每个通道的远距离测距信号电信号的非相干叠加。2.根据权利要求1所述的气动光学效应自适应补偿的远距离激光测距方法，其特征在于，所述的第一分光片的透反比为1∶(9～99)，所述的第二分光片的透反比为(9～99)∶1。3.一种气动光学效应自适应补偿的远距离激光测距装置，基于收发分离式多通道激光雷达光学天线(1)，其特征在于，包括：高功率激光器(2)、至少二个可变焦莫尔透镜阵列(3)、调焦控制器(4)、第一分光片(5)、离焦探测透镜(6)、红外光束分析仪(7)、可变形镜(8)、可变形镜控制器(9)、波前探测器(10)、第二分光片(11)、接收准直镜阵列(12)和相干探测处理模块(13)；所述的高功率激光器(2)发射的高功率激光经过所述的光学天线(1)扩束后向远距离目标发射，所述的光学天线(1)接收远距离目标的反射回波，该回波经过所述的光学天线(1)缩束后进入三个接收通道：该三个接收通道分别经三个可变焦莫尔透镜阵列(3)，然后经过第一分光片(5)分为透射光和反射光，所述的透射光经过所述的离焦探测透镜(6)进入所述的红外光束分析仪(7)，该红外光束分析仪(7)对各接收通道的聚焦光斑进行分析输出反馈信号，该反馈信号输入到所述的调焦控制器(4)，该调焦控制器(4)根据反馈信号对各接收通道的可变焦莫尔透镜(3)进行正负方向上的调焦，直到所述的红外光束分析仪(7)上的光斑接近理论的艾里斑，完成离焦的轴向校正：所述的第一分光片(5)的反射光入射到所述的可变形镜(8)上，经所述的可变形镜(8)的反射光被第二分光片(11)分为反射光和透射光，该反射光进入所述的波前探测器(10)，该波前探测器(10)对各通道的回波波前进行探测并计算出波前畸变，将畸变值传输给所述的可