凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统，包括脉冲激光器、扩束模块、二维振镜单元、激发光平面反射镜、信号接收单元、信息控制单元；脉冲激光器发射激光束通过扩束模块、二维振镜单元、激发光平面反射镜后到达待测物体，待测物体的散射光和激发出的荧光被信号接收单元所接收，输出散射光和荧光（或发射）光谱数据到信息控制单元，得到待测物体的三维形貌数据和荧光（或发射）光谱数据。本实用新型专利技术将距离探测和光谱探测相结合，克服了点云数据单一，近场噪声强，工作效率低等问题。系统结合门控技术有效提升探测信号的信噪比，在探测几何形貌的基础上增加光谱信息，来增强对探测物体鉴别分析的手段，多个领域具有巨大的应用价值。的应用价值。的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统


[0001]本技术属于光学
，具体涉及一种凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统。

技术介绍

[0002]激光雷达不仅是获取三维地理信息的重要途径，而且通过该途径获取的数据成果被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯及防震减灾等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。然而传统的激光雷达系统面临着扫描效率低，仅仅依靠位移台来机械扫描三维空间点信息，且缺少光学特性的信息来鉴别和分析待测物体。声纳是利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理进行导航和测距的技术，是对水下目标进行探测常见的电子设备。传统的声纳成像大多采用拖曳成像。成像效率低下，并且声纳成像精度低，无法探测出待测样品的细节，更无法分析出待测样品的种类、生物信息等变化。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术中的问题，本技术的目的是提供一种凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统。
[0004]一种凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统，包括脉冲激光器、扩束模块、二维振镜单元、激发光平面反射镜、信号接收单元、信息控制单元；脉冲激光器发射激光束通过扩束模块、二维振镜单元、激发光平面反射镜后到达待测物体，待测物体的散射光和激发出的荧光被信号接收单元所接收，输出散射光和荧光（或发射）光谱数据到信息控制单元，得到待测物体的三维形貌数据和荧光（或发射）光谱数据。
[0005]所述的扩束模块包括第一透镜和第二透镜。
[0006]所述的二维振镜单元用于连续改变激光束反射的角度来实现激光束在待测物体的二维扫描。
[0007]所述的信号接收单元依次包括凹面反射镜、接收平面反射镜、可调谐滤波片、光电探测器；其中可调谐滤波片用于光谱扫描，光电探测器用于将散射光信号和荧光信号转化为电信号。
[0008]所述的信息控制单元包括脉冲延时器、数据采集卡、计算机；所述的脉冲延时器用于控制光电探测器的延时开启；所述的数据采集卡用于采集光电探测器输出的电信号，并用于输出电压控制二维振镜单元；计算机用于处理得到待测物体的三维形貌数据和荧光（或发射）光谱数据。
[0009]本技术的有益效果：本技术公开的一种凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统将传统的距离探测和光谱探测相结合，克服了点云数据单一，近场噪声强，工作效率低的问题。系统结合门控技术有效提升探测信号的信噪比。在探测几何形貌的基础上增加光
谱信息，来增强探测物体鉴别分析的手段，在环境遥感监测等领域具有巨大的应用价值。
附图说明
[0010]图1是一种凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统的结构示意图；
[0011]图中，脉冲激光器1、扩束模块2、第一透镜3、第二透镜4、二维振镜单元5、激发光平面反射镜6、接收平面反射镜7、凹面反射镜8、可调谐滤波片9、光电探测器10、信号接收单元11、脉冲延时器12、数据采集卡13、计算机14、信息控制单元15。
具体实施方式
[0012]下面结合附图以及具体实例对本技术进行说明。
[0013]如图1所示，一种凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统，包括脉冲激光器1、扩束模块2、二维振镜单元5、激发光平面反射镜6、信号接收单元11、信息控制单元15；脉冲激光器1发射激光束通过扩束模块2、二维振镜单元5、激发光平面反射镜6后到达待测物体，待测物体的散射光和激发出的荧光被信号接收单元11所接收，输出散射光和荧光光谱数据到信息控制单元15，得到待测物体的三维形貌数据和荧光（或发射）光谱数据。
[0014]所述的扩束模块2包括第一透镜3和第二透镜4。
[0015]所述的二维振镜单元5用于连续改变激光束反射的角度来实现激光束在待测物体的二维扫描。
[0016]所述的信号接收单元11依次包括凹面反射镜8、接收平面反射镜7、可调谐滤波片9、光电探测器10；其中可调谐滤波片9用于光谱扫描，光电探测器10用于将散射光信号和荧光信号转化为电信号。
[0017]所述的信息控制单元15包括脉冲延时器12、数据采集卡13、计算机14；所述的脉冲延时器12用于控制光电探测器10的延时开启；所述的数据采集卡13用于采集光电探测器10输出的电信号，并用于输出电压控制二维振镜单元5；计算机14用于处理得到待测物体的三维形貌数据和荧光（或发射）光谱数据。对于某些场景如雾天或水下，激光束穿过雾气或水体的介质会产生较大的散射从而干扰信号的采集。系统结合门控技术，通过脉冲延时器所设定的特定时刻，来触发数据采集卡采集信号接收单元中的光电探测器的数据，其余时段使光电探测器关闭不采集数据，以此提高了采集数据的信噪比。
[0018]所述的门控技术，光电探测器感光的时刻由待物物体到系统的距离计算可得。若在特殊环境如海洋中，如果待测物体到系统得距离未知，可以采用声波等测量技术测量，然后计算得到具体时刻对光电探测器进行门控感光。
[0019]应用实施例1
[0020]本技术的一种凝视型的快速高光谱脉冲雷达系统可被安装在水下探测器（如潜艇等）上，用来绘制海底地图。水下探测器可先发射超声声纳探测自身到海底的粗略距离。距离信息被应用到本技术的门控技术中来消除光学路径上的散射噪声。让光电探测器能够探测高信噪比的回波脉冲信号，从而扩展更长的探测距离。二维振镜单元提供凝视扫描。系统通过处理回波信号得到水下探测器下方海底地形的高精度三维形貌，同时在此基础上探测的光谱数据可应用海底物质和生物等分析应用。目前应用水下探测器（如潜艇）只采用超声声纳探测技术，对海洋的制图非常粗糙，并且探测三维地形形貌效率低下，
海底制图信息单一。本技术的一种凝视型的快速高光谱脉冲雷达系统则可得到海底的高精度四维形貌光谱图像。
[0021]应用实施例2
[0022]本技术的一种凝视型的快速高光谱脉冲雷达系统还可被用于水下探测器（如潜艇等）实时导航的应用中。搭建本技术系统的水下探测器通过采用门控技术来高精度的探测四周的障碍物的距离，以及对应的光谱信息可以被应用在障碍物的类别识别判断，从而帮助水下探测器更好规避障碍物。传统水下探测器水下定位大多依靠超声声纳的回声定位，然而精度依旧有限，并且从回波中难以探测出障碍物的种类。
[0023]应用实施例3
[0024]本技术的一种凝视型的快速高光谱脉冲雷达系统还可被用于监测珊瑚礁或者已知距离的固定目标的物体。本技术可以根据水下珊瑚礁或固定目标的物体的距离采用门控技术来消除激光路径的散射噪声，从而提高探测信号的对比度。本技术可以探测珊瑚礁的四维形貌光谱信息。珊瑚礁的形貌信息可以被用于分析珊瑚礁的生长态势，形貌上的点云信息可用于探测珊瑚礁各部位的健康态势（如是否有白化病，共生藻种类和密度是否正常）。
[0025]应用实施例4
[0026]本技术的一种凝视型的快速高光谱脉冲雷达系统还可被用于水下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凝视型快速高光谱脉冲激光雷达系统，其特征在于：包括脉冲激光器（1）、扩束模块（2）、二维振镜单元（5）、激发光平面反射镜（6）、信号接收单元（11）、信息控制单元（15）；脉冲激光器（1）发射激光束通过扩束模块（2）、二维振镜单元（5）、激发光平面反射镜（6）后到达待测物体，待测物体的散射光和激发出的荧光被信号接收单元（11）所接收，输出散射光，和荧光或反射光谱数据到信息控制单元（15），得到待测物体的三维形貌数据，和荧光或反射光谱数据。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的扩束模块（2）包括第一透镜（3）和第二透镜（4）。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的二维振镜单元（5）用于连续改变激光束反射的角度来实现激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：何赛灵，罗晶，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：