激光雷達的同軸發射與接收系統及該系統的同軸調整方法，屬于激光雷達技術領域。它解決了激光雷達收發光路的同軸調整周期較長的問題。激光雷達的同軸發射與接收系統，它由激光器、發射望遠鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、接收望遠鏡、凹透鏡、凸透鏡、分束片、光纖、CCD攝像機、計算機和電機轉動控制系統組成；基于該系統的同軸調整方法為：調節接收望遠鏡的視野清晰度；當接收望遠鏡接收背景光時，獲取CCD攝像機采集到的標準質心位置；運行激光器，實時計算CCD攝像機采集到的圖像的實時質心位置，計算兩質心位置的偏差，控制第一反射鏡的俯仰和方位，使偏差達到誤差容限值，實現同軸調整。本發明專利技術適用于激光雷達的收發系統的同軸調整。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種，屬于激光雷達
技術介紹
隨著激光雷達技術在大氣參數及大氣污染檢測等方面發揮的越來越重要的作用， 對它的研究也越來越受到國內外的重視。在激光雷達系統中，發射系統和接收系統的光學同軸性是一個必須解決的難題。在實際的應用過程中，環境因素的變化、激光器模式的改變以及機械振動都會引起其光軸的偏離，從而會導致大量的測量信號無效，給信號的測量帶來誤差，且這種誤差具有一定的隱蔽性，需要對測量數據進行詳細的分析處理才能發現。因此，在每次使用激光雷達進行測量之前，都必須進行收發光路的同軸調整，以保證接收視場角與發射激光的發散角嚴格匹配。目前對激光雷達進行收發光路的同軸調整主要通過兩種方式第一種方式是由熟練的高級技術人員借助于精密光學調整支架和水平儀器，進行精細的調整操作，這種方法具有很強的主觀性，比較費時繁瑣，難度較大，并且準確性差；另一種方式如文獻“激光雷達光束自動準直系統設計與實現，中國激光，2009年9月第36卷第9期第2341-2345頁”所述的調整方法，它通過控制激光發射導向鏡的位置，使激光在東西和南北方向掃描調節當發射與接收系統的光軸平行時，激光雷達接收到空中各高度上的大氣后向散射信號最強， 從而控制其中一電機轉動，來改變激光發射指向掃描，直到完成一個完整梯形，對選定高度的回波信號強度進行分析與比較，找到此方向上最佳位置，并將此電機移至此位置后再換另一電機重復此過程，如此直到找到系統最佳位置。這種方法存在的缺陷是調整周期較長，一般在10到20分鐘，且不夠直觀。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決激光雷達收發光路的同軸調整周期較長的問題，提供一種。本專利技術包括以下兩個技術方案一種激光雷達的同軸發射與接收系統，它由激光器、發射望遠鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、接收望遠鏡、凹透鏡、凸透鏡、分束片、光纖、CCD攝像機、計算機和電機轉動控制系統組成，激光器產生的激光束通過發射望遠鏡擴束準直后，經過第一反射鏡和第二反射鏡反射后進入大氣，進入大氣的激光束的回波信號由接收望遠鏡接收，該接收望遠鏡的出射光束經凹透鏡轉換成平行光入射至凸透鏡，經該凸透鏡聚集后的匯聚光束經分束片透射后聚焦至光纖的入射端，該匯聚光束經所述分束片反射后的反射光經濾波片濾波后輸入到 CCD攝像機的光接收面上，CCD攝像機的圖像信號輸出端連接計算機的數據采集卡的圖像信號輸入端，計算機的控制信號輸出端連接電機轉動控制系統的控制信號輸入端，電機轉動控制系統的控制信號輸出端用于控制第一反射鏡的俯仰和方位；所述激光器產生的激光束的光軸與接收望遠鏡的中心軸平行；第二反射鏡的外輪廓小于接收望遠鏡副鏡的外輪廓。一種基于所述激光雷達的同軸發射與接收系統的同軸調整方法，它包括以下步驟步驟一調節接收望遠鏡的視野清晰度；步驟二 當接收望遠鏡接收背景光時，獲取CXD攝像機采集到的圖像的質心位置， 并將該質心位置作為標準質心位置；步驟三運行激光器，并通過計算機實時計算C⑶攝像機采集到的圖像的實時質心位置，再計算實時質心位置與標準質心位置的偏差，計算機根據該偏差控制第一反射鏡的俯仰和方位，使所述偏差達到誤差容限值，實現同軸調整。本專利技術的優點是本專利技術通過電機轉動控制系統控制電機轉動，進而帶動第一反射鏡在俯仰和方位上的轉動，實現發射與接收系統同軸的自動調整；本專利技術通過CCD攝像機和數據采集卡實現圖像的采集，使調整過程簡單直觀；分束片的使用，使激光雷達能夠在工作的同時實現對收發系統同軸性的監控，以保證在裝置運行的過程中由于震動等因素而導致的光軸偏離能夠得到及時的調整；本專利技術通過采集圖像的實時質心位置與標準質心位置來判斷發射與接收系統的光軸偏差，通過計算機預置的程序實現自動控制，調整周期較短，在1分鐘內即可實現光軸的同軸調整。本專利技術裝置的結構簡單，易于安裝調試。附圖說明圖1為本專利技術的裝置結構示意圖；圖2為本專利技術方法的流程圖；圖3為激光器未運行時CXD攝像機采集到的圖像；圖4為激光雷達的同軸發射與接收系統在非同軸情況下，CCD攝像機采集到的圖像；圖5為激光雷達的同軸發射與接收系統在同軸情況下，CCD攝像機采集到的圖像。 具體實施例方式具體實施方式一下面結合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式為一種激光雷達的同軸發射與接收系統，它由激光器1、發射望遠鏡2、第一反射鏡3、第二反射鏡4、接收望遠鏡5、凹透鏡6、凸透鏡7、分束片8、光纖9、CXD攝像機10、計算機11和電機轉動控制系統12組成，激光器1產生的激光束通過發射望遠鏡2擴束準直后，經過第一反射鏡3和第二反射鏡4反射后進入大氣，進入大氣的激光束的回波信號由接收望遠鏡5接收，該接收望遠鏡5的出射光束經凹透鏡6轉換成平行光入射至凸透鏡7，經該凸透鏡7聚集后的匯聚光束經分束片8透射后聚焦至光纖9的入射端，該匯聚光束經所述分束片8反射后的反射光經濾波片濾波后輸入到CCD攝像機10的光接收面上，CCD攝像機10的圖像信號輸出端連接計算機11的數據采集卡的圖像信號輸入端，計算機11的控制信號輸出端連接電機轉動控制系統12的控制信號輸入端，電機轉動控制系統12的控制信號輸出端用于控制第一反射鏡3的俯仰和方位；所述激光器1產生的激光束的光軸與接收望遠鏡5的中心軸平行；第二反射鏡4 的外輪廓小于接收望遠鏡5副鏡的外輪廓。本實施方式中，凹透鏡6能夠使光束趨近于平行出射；分束片8可采用鍍膜分束片，它的作用是將聚焦回波信號分成兩束，將主要的一束回波信號進行投射，然后經光纖頭耦合入光纖9后，傳輸至雷達信號處理系統進行后續的雷達信號處理，將小部分回波信號反射給CCD攝像機10，數據采集卡采集圖像信號后，由計算機11進行分析判斷，再通過計算機11軟件編程控制輸出，從而驅動電機轉動控制系統12實現對第一反射鏡3的控制，第一反射鏡3可固定于電機的輸出軸上。凹透鏡6和凸透鏡7的組合實現了對回波信號的聚焦。所述計算機11可采用PID控制算法通過電機轉動控制系統12實現對第一反射鏡3的控制。第二反射鏡4的尺寸可根據出射光束的光斑大小確定，接收望遠鏡5的通光口徑可選擇為40cm，進入大氣的激光束的回波信號經接收望遠鏡5接收后，由于第二反射鏡4及接收望遠鏡5副鏡的遮擋，在CXD攝像機10上所呈圖像為環形，如圖3所示。第二反射鏡4的外輪廓小于接收望遠鏡5副鏡的外輪廓，使回波遮攔比主要由接收望遠鏡5副鏡產生，而與第二反射鏡4無關。具體實施方式二 下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的進一步說明，第二反射鏡4的反射面與接收望遠鏡5的中心軸呈45度夾角，且該接收望遠鏡5的中心軸通過所述第二反射鏡4的中心。其它與實施方式一相同。第二反射鏡4為固定反射鏡，它在整個同軸調整過程中不發生轉動。結合圖1中第一反射鏡3的放置方式，將第二反射鏡4的反射面與接收望遠鏡5的中心軸呈45度夾角放置，可有效的減少光學同軸調整所需時間。具體實施方式三下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一或二的進一步說明，所述接收望遠鏡5為卡塞格倫式，接收望遠鏡5副鏡與第二反射鏡4均為圓形，第二反射鏡4的直徑小于接收望遠鏡5副鏡的直徑。其它與實施方式一或二相同。所述第二反射鏡4的通光尺寸應略大于激光器1產生的激光束的光斑大小。具體實施方式四下面結合圖2說明本實施方式，本本文檔來自技高網...
【技術保護點】
的中心軸平行；第二反射鏡（４）的外輪廓小于接收望遠鏡（５）副鏡的外輪廓。１）的數據采集卡的圖像信號輸入端，計算機（１１）的控制信號輸出端連接電機轉動控制系統（１２）的控制信號輸入端，電機轉動控制系統（１２）的控制信號輸出端用于控制第一反射鏡（３）的俯仰和方位；所述激光器（１）產生的激光束的光軸與接收望遠鏡（５）至凸透鏡（７），經該凸透鏡（７）聚集后的匯聚光束經分束片（８）透射后聚焦至光纖（９）的入射端，該匯聚光束經所述分束片（８）反射后的反射光經濾波片濾波后輸入到ＣＣＤ攝像機（１０）的光接收面上，ＣＣＤ攝像機（１０）的圖像信號輸出端連接計算機（１控制系統（１２）組成，激光器（１）產生的激光束通過發射望遠鏡（２）擴束準直后，經過第一反射鏡（３）和第二反射鏡（４）反射后進入大氣，進入大氣的激光束的回波信號由接收望遠鏡（５）接收，該接收望遠鏡（５）的出射光束經凹透鏡（６）轉換成平行光入射１．一種激光雷達的同軸發射與接收系統，其特征在于：它由激光器（１）、發射望遠鏡（２）、第一反射鏡（３）、第二反射鏡（４）、接收望遠鏡（５）、凹透鏡（６）、凸透鏡（７）、分束片（８）、光纖（９）、ＣＣＤ攝像機（１０）、計算機（１１）和電機轉動...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：任德明，陳振雷，昝興海，鄭恢康，趙衛疆，曲彥臣，杜軍，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：93
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