一种基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置.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CN111308493A(43)申请公布日2020.06.19(21)申请号201911215028.6(22)申请日2019.12.02(71)申请人中国科学院光电技术研究所地址610209四川省成都市双流350信箱(72)发明人华康健刘博王华闯方亮陈臻于洋(51)Int.Cl.G01S17/89(2020.01)G01S7/481(2006.01)G01S7/484(2006.01)G01S7/4861(2020.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置(57)摘要本发明公开一种基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，包括窄脉冲激光器、光学发射系统、1：99分束棱镜、中心带小孔反射镜、扫描振镜、光电二极管、光学接收系统、10:90光纤分束器、单光子探测器一、单光子探测器二、信号控制模块、信号采集模块、信号处理模块，该装置能实现远距离水下三维成像功能，并能解决近距离强后向散射使单光子探测器致盲导致探测盲区的问题。10：90光纤分束器将回波分为10％和90％两部分分别耦合进单光子探测器一和单光子探测器二，淹没在近距离强后向散射中的目标可以通过单光子探测器一探测到，远距离目标可以通过单光子探测器二探测得到，该装置能兼顾水下远近目标的探测，特别适用于强后向散射的水下应用环境。CN111308493ACN111308493A权利要求书1/1页1.一种基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：所述装置包括窄脉冲激光器(①)、光学发射系统(②)、1：99分束棱镜(③)、中心带小孔反射镜(④)、扫描振镜(⑤)、光电二极管(⑥)、光学接收系统(⑦)、10:90光纤分束器(⑧)、单光子探测器一(⑨)、单光子探测器二(⑩)、信号控制模块信号采集模块信号处理模块所述窄脉冲激光器发出窄脉冲宽度、高重复频率激光通过所述光学发射系统输入到所述1：99分束棱镜中一分为二：1％进入到所述光电二极管进行光电转换，转换后的电信号分别输入到所述信号采集模块和信号控制模块作为单光子探测器的起始基准信号、门控信号和扫描振镜的同步信号；99％进入所述中心带小孔反射镜，经由中心带小孔反射镜的中心小孔后通过所述扫描振镜出射到目标上，目标散射回波反向进入所述扫描振镜后被所述中心带小孔反射镜反射后入射到所述光学接收系统，光学接收系统通过所述10:90光纤分束器把光分为两部分耦合给所述单光子探测器一和所述单光子探测器二，单光子信号经过所述信号采集模块、信号处理模块后即得距离信息，结合扫描振镜位置信息可重建三维信息。2.如权利要求1所述的基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：所述窄脉冲激光器脉冲宽度小于100ps，重复频率为MHz量级，峰值功率为KW量级，中心波长为532nm。3.如权利要求1所述的基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：所述的中心带小孔反射镜与光轴成45°放置。4.如权利要求1所述的基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：所述的中心带小孔反射镜单面镀532nm介质反射膜，且镀膜面朝向激光出射方向。5.如权利要求1所述的基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：所述的中心带小孔反射镜起着收发转换器的作用，出射激光通过中心小孔出射，回波通过45°反射进入光学接收系统。6.如权利要求1所述的基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：所述单光子探测器组由2个参数指标相同的盖革APD单光子探测器构成，盖革APD单光子探测器为Si基型，带门控选通功能，最大计数率28MHz，暗计数率200Hz。7.如权利要求1所述的基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：光电二极管的电信号作为单光子探测器的Start基准信号、门控信号和扫描系统的同步信号。8.如权利要求1所述的基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：信号采集模块为双通道时间相关单光子计数器，具有16ps时间分辨率。9.如权利要求1所述的基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：信号控制模块从光电二极管获得门控信号，从该信号到来时刻算起延迟一预设时间后激活盖革APD单光子探测器一和单光子探测器二。10.如权利要求1所述的基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置，其特征在于：同时拥有提取远近距离目标回波的能力，近距离时使用单光子探测器一的信号提取目标回波，远距离时使用单光子探测器二的信号提取目标回波。2CN111308493A说明书1/3页一种基于双单光子探测器的水下三维成像激光雷达装置技术领域[0001]本发明涉及水下激光雷达探测