一种多波束激光雷达.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110333500A(43)申请公布日2019.10.15(21)申请号201910520826.3(22)申请日2019.06.17(71)申请人华东师范大学地址200062上海市普陀区中山北路3663号(72)发明人吴光潘海峰陈修亮李召辉杨雷郑天祥申光跃(74)专利代理机构上海申蒙商标专利代理有限公司31214代理人周宇凡(51)Int.Cl.G01S7/481(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种多波束激光雷达(57)摘要本发明涉及一种多波束激光雷达，其包括光源以及激光信号接收装置；所述光源包括至少两个激光发射器，各所述激光发射器按照预定时序发射激光束；信号接收装置具有多个激光接收点，以接收被测目标反射的激光信号；所述激光接收点通过光纤与至少两个单光子探测器件耦合。本发明的优点在于，通过光源按照预定时序发射激光束，使得各单光子探测器件可以在时间通道上被复用，在保证单光子探测灵敏度的同时，极大的提高对强光信号有效探测的能力，利用现有的成熟的工艺和器件可以方便的实现规模的扩展。在扩展的过程中，单光子探测器件的数目可增加至128以上。CN110333500ACN110333500A权利要求书1/1页1.一种多波束激光雷达，其特征在于，包括光源以及激光信号接收装置；所述光源包括至少两个激光发射器，各所述激光发射器按照预定时序发射激光束；信号接收装置具有多个激光接收点，以接收被测目标反射的激光信号；所述激光接收点通过光纤与至少两个单光子探测器件耦合。2.根据权利要求1所述的一种多波束激光雷达，其特征在于，所述激光接收点与所述光源发出的一束激光相对应。3.根据权利要求2所述的一种多波束激光雷达，其特征在于，所述单光子探测器件与至少两个所述激光接收点耦合；对于与同一个所述单光子探测器件相耦合的所述激光接收点，各所述激光接收点所对应的激光束的发射时间之间的间隔大于所述单光子探测器件的死时间间隔。4.根据权利要求3所述的一种多波束激光雷达，其特征在于，所述激光信号接收装置中包括若干个接收组，每个所述接收组包括多个激光接收点以及多个所述单光子探测器件；每个所述接收组与所述光源发出的若干个激光束对应。5.根据权利要求4所述的一种多波束激光雷达，其特征在于，所述光源包括衍射光学元件；所述激光发射器发出的激光经所述衍射光源元件处理转换为多束激光束，各所述激光束与不同的所述接收组相对应。6.根据权利要求4所述的一种多波束激光雷达，其特征在于，在一个所述接收组中，每个所述激光接收点通过光纤与各所述单光子探测器件耦合。7.根据权利要求1至6中任一所述的一种多波束激光雷达，其特征在于，所述激光接收点通过光纤分束器将接收到的激光信号分散至各个与单光子探测器件耦合的光纤中。8.根据权利要求1至6中任一所述的一种多波束激光雷达，其特征在于，所述单光子探测器件通过光纤合束器与来自各激光接收点的光纤进行耦合；或者，来自各激光接收点的光纤组成光纤阵列，直接耦合在所述单光子探测器件的探测区域。9.根据权利要求1至6中任一所述的一种多波束激光雷达，其特征在于，所述激光接收点位于所述信号接收装置的像平面。10.根据权利要求1至6中任一所述的一种多波束激光雷达，其特征在于，所述单光子探测器件的种类包括单点SPAD、PMT器件、SPAD阵列器件。2CN110333500A说明书1/5页一种多波束激光雷达技术领域[0001]本发明涉及激光雷达领域，尤其是一种多波束激光雷达。背景技术[0002]随着激光雷达和激光测绘技术的不断发展，单光子探测技术作为现有的具有最高灵敏度的光学测量手段，已经越来越多的广泛的应用于集成化的激光测绘的系统中。由于单光子探测技术具有极高的探测灵敏度（能够实现单个光子水平的极限探测），能够极大的提高测绘系统的测量距离范围，也能够有效的降低测绘系统对激光光源的能量要求，这两点都是制约激光测绘系统应用的重要瓶颈问题。[0003]然而，单光子探测技术在提供高探测灵敏度的同时，也带来了一些问题。用于实现单光子探测的最典型器件是雪崩光电二极管单光子探测器（SPAD）和光电倍增管（PMT）。以SPAD为例，它利用雪崩光电二极管在盖革工作模式下的雪崩增益实现对单光子信号的有效探测。雪崩增益虽然极大的提高了探测灵敏度，但是也一定程度限制了可探测入射光信号的强度动态范围，也就是说在测量微弱光信号时具有非常好的优势，但是随着入射光信号强度增加雪崩增益很容易达到饱和，提前进入探测器死时间区域，如下图1所示。此时对于测量结果来说，探测输出的信号脉冲与实际入射的光脉冲之间存在明显的时间差异（在入射光信号强度较强时，由t0变为了T0），严重影响了测量的精度。[0004]对大动