本發(fā)明涉及激光雷達(dá)的，尤其涉及一種高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)及其檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)作為一種重要的空對(duì)地觀測(cè)技術(shù)手段，其通過主動(dòng)式激光遙感探測(cè)，結(jié)合全球定位系統(tǒng)(gps)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(imu)等技術(shù)，能夠在森林遙感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、海洋探測(cè)等諸多應(yīng)用中，發(fā)揮著越來越重要的作用。遙感技術(shù)作為對(duì)地觀測(cè)的核心手段，在信息獲取技術(shù)方面已逐步發(fā)展為涵蓋被動(dòng)多光譜成像、高光譜成像、激光雷達(dá)遙感等多種手段較全面的技術(shù)體系，可以搭載在地面、航天及航空等多平臺(tái)上進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)。同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)全球環(huán)境變化、城市快速發(fā)展、國(guó)防建設(shè)等過程中出現(xiàn)的諸多難題及挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)全波段、全天時(shí)、全天候、高光譜分辨率的對(duì)地觀測(cè)，是遙感技術(shù)發(fā)展面臨的重要機(jī)遇，尤其對(duì)目標(biāo)空間三維信息和光譜信息的高分辨率一體化獲取與應(yīng)用，是對(duì)地觀測(cè)技術(shù)發(fā)展需要解決的前沿科學(xué)問題。

2、目前主要使用的遙感技術(shù)手段中，主被動(dòng)遙感探測(cè)手段都展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。主動(dòng)式激光雷達(dá)測(cè)距可以實(shí)現(xiàn)地物目標(biāo)全天時(shí)、高分辨率三維信息獲取。但激光雷達(dá)因單波長(zhǎng)探測(cè)機(jī)制對(duì)目標(biāo)光譜物性信息獲取能力有限，應(yīng)用受到了一定程度的限制。被動(dòng)高光譜成像可以獲得豐富的高分辨率光譜信息，但其成像機(jī)理受天氣、光照等因素影響較大，并且空間信息探測(cè)能力較弱?，F(xiàn)有主被動(dòng)兩種遙感技術(shù)手段單方面優(yōu)勢(shì)突出，但在空間三維信息和光譜信息同時(shí)獲取方面都存在一定不足。因此，面向地物目標(biāo)高分辨率三維空間信息和光譜信息一體化獲取需求，在保留機(jī)載激光雷達(dá)空間探測(cè)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，發(fā)展新型遙感技術(shù)手段來增強(qiáng)激光雷達(dá)的光譜探測(cè)能力，已成為遙感技術(shù)發(fā)展的重要方向。其中，通過增加激光雷達(dá)探測(cè)波段數(shù)量來提高光譜獲取能力，進(jìn)而將主、被動(dòng)遙感技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)真正在一臺(tái)傳感器上面合二為一，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)高分辨率三維空間信息和光譜信息的一體化獲取，成為了國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。面向?qū)Φ赜^測(cè)遙感信息的一體化獲取需求，機(jī)載高光譜激光雷達(dá)已經(jīng)發(fā)展成為一種新型的主動(dòng)式遙感探測(cè)技術(shù)手段，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地物目標(biāo)光譜幾十甚至幾百個(gè)譜段的全波形數(shù)據(jù)獲取，并且具備全天時(shí)、全天候、全譜段和高空間分辨的探測(cè)能力。而系統(tǒng)在使用過程中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)的異常，而對(duì)高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)的性能評(píng)估急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決了上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)及其檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)，具體技術(shù)方案如下：

2、高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

3、單色儀從特定光源中分離出向待測(cè)的激光雷達(dá)系統(tǒng)中光學(xué)信號(hào)接收單元發(fā)射不同波長(zhǎng)的光束，不同波長(zhǎng)的單色光線入射到對(duì)應(yīng)的光纖，對(duì)每個(gè)單管探測(cè)器對(duì)應(yīng)的探測(cè)通道進(jìn)行光譜掃描，獲得所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線，其中每個(gè)探測(cè)通道的帶寬均與左右相鄰的探測(cè)通道的帶寬有部分重疊；

4、根據(jù)所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線獲取對(duì)應(yīng)通道的中心波長(zhǎng)和帶寬，確定激光雷達(dá)系統(tǒng)的光譜覆蓋范圍和/或所有探測(cè)通道的光譜分辨率和/或確定光纖是否損壞和確定損壞的光纖位置。

5、可選的，獲得所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線，包括以下步驟：

6、將單色儀從特定光源中分離出的不同波長(zhǎng)的光束發(fā)射到標(biāo)定探測(cè)器中，獲取探測(cè)器信號(hào)，獲得標(biāo)定探測(cè)器對(duì)應(yīng)通道的光譜響應(yīng)度和輸出信號(hào)強(qiáng)度；

7、獲取基于單色儀發(fā)射光束至光學(xué)信號(hào)接收單元的各單管探測(cè)器對(duì)應(yīng)的探測(cè)通道的輸出信號(hào)強(qiáng)度；

8、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的相對(duì)光譜響應(yīng)度和標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的輸出信號(hào)強(qiáng)度；

9、計(jì)算獲得待測(cè)的激光雷達(dá)系統(tǒng)各單管探測(cè)器對(duì)應(yīng)探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度，

10、

11、可選的，根據(jù)所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線獲取對(duì)應(yīng)通道的中心波長(zhǎng)和帶寬，確定光譜的覆蓋范圍，包括以下步驟：

12、統(tǒng)計(jì)所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線獲取對(duì)應(yīng)通道的中心波長(zhǎng)和帶寬；

13、根據(jù)最小中心波長(zhǎng)和最大中心波長(zhǎng)，確定激光雷達(dá)系統(tǒng)的光譜覆蓋范圍，根據(jù)所有探測(cè)通道的帶寬擬合，確定激光雷達(dá)系統(tǒng)的帶寬。

14、可選的，根據(jù)所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線確定光纖是否損壞，包括以下步驟：

15、獲得所有探測(cè)通道對(duì)應(yīng)的光譜響應(yīng)度曲線，和理論相應(yīng)曲線對(duì)比；當(dāng)?shù)谝惶綔y(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線出現(xiàn)大于設(shè)定程度的變形時(shí)，確定第一探測(cè)通道光譜響應(yīng)波長(zhǎng)是否位于第一設(shè)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，當(dāng)位于第一設(shè)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)，確定光纖損壞；所述第一設(shè)定波長(zhǎng)范圍是第一探測(cè)通道對(duì)應(yīng)的第一探測(cè)器響應(yīng)度變化率小于第一設(shè)定值時(shí)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍。

16、可選的，確定損壞的光纖位置，包括以下步驟：

17、獲取第一探測(cè)通道左右兩側(cè)探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線；

18、按照相同波長(zhǎng)，確定第一探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線與左側(cè)探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線的重合度當(dāng)小于第一設(shè)定范圍時(shí)，則判斷第一探測(cè)通道中與左側(cè)探測(cè)通道相鄰的光纖損壞；確定第一探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線與右側(cè)探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線的重合度小于第二設(shè)定范圍時(shí)，則判斷第一探測(cè)通道中與右側(cè)探測(cè)通道相鄰的光纖損壞，否則中部的光纖損壞。

19、使用上述檢測(cè)方法的高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)，包括連續(xù)譜激光光源、光學(xué)信號(hào)接收單元、信號(hào)采集處理單元；

20、所述光學(xué)信號(hào)接收單元用于接收連續(xù)譜激光光源發(fā)射到對(duì)地目標(biāo)物體后反射的光束和單色儀從特定光源中分離出的不同波長(zhǎng)的光束并進(jìn)行光學(xué)處理；

21、所述信號(hào)采集處理單元包括

22、并排設(shè)計(jì)的光纖，用于接收并排輸出的波長(zhǎng)；

23、多個(gè)單管探測(cè)器，每個(gè)單管探測(cè)器至少與三根相鄰的光纖匹配連接，用于接收所有波長(zhǎng)的光束并進(jìn)行處理獲得電信號(hào)；

24、計(jì)算機(jī)，獲取所有單管探測(cè)器的電信號(hào)進(jìn)行處理。

25、可選的，所述單管探測(cè)器包括pmt探測(cè)器和apd探測(cè)器。

26、可選的，所述光學(xué)信號(hào)接收單元包括按光路依次設(shè)置的

27、離軸拋物面鏡，用于接收光束；

28、小孔光闌，用于限制作為感染的雜散光；

29、光柵光譜儀，用于抑制雜散光并通過透射式光柵將光束按波長(zhǎng)并排輸出并排設(shè)計(jì)的光纖中。

30、使用上述檢測(cè)方法的檢測(cè)系統(tǒng)，包括

31、特定光源，用于提供一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光束；

32、單色儀，從特定光源中分離出不同波長(zhǎng)的光束；

33、標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器，用于接收單色儀發(fā)射的光束并進(jìn)行處理形成電信號(hào)，并將探測(cè)到的電信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)中。

34、可選的，所述特定光源為鹵素?zé)簟?/p>

35、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：該發(fā)明能夠?qū)Ω吖庾V激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估，特別是對(duì)特定探測(cè)通道出現(xiàn)的設(shè)計(jì)偏差進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1.高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，獲得所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)方法，其特征在于，根據(jù)所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線獲取對(duì)應(yīng)通道的中心波長(zhǎng)和帶寬，確定光譜的覆蓋范圍，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)方法，其特征在于，根據(jù)所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線確定光纖是否損壞，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)方法，其特征在于，確定損壞的光纖位置，包括以下步驟：

6.使用權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法的高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，包括連續(xù)譜激光光源、光學(xué)信號(hào)接收單元、信號(hào)采集處理單元；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，所述單管探測(cè)器包括pmt探測(cè)器和apd探測(cè)器。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)信號(hào)接收單元包括按光路依次設(shè)置的

9.使用權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述特定光源為鹵素?zé)簟?/p>
技術(shù)總結(jié)
一種高光譜激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng)及其檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)，所述檢測(cè)方法包括步驟：?jiǎn)紊珒x從特定光源中分離出向待測(cè)的激光雷達(dá)系統(tǒng)中光學(xué)信號(hào)接收單元發(fā)射不同波長(zhǎng)的光束，不同波長(zhǎng)的單色光線入射到對(duì)應(yīng)的光纖，對(duì)每個(gè)單管探測(cè)器對(duì)應(yīng)的探測(cè)通道進(jìn)行光譜掃描，獲得所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線，其中每個(gè)探測(cè)通道的帶寬均與左右相鄰的探測(cè)通道的帶寬有部分重疊；根據(jù)所有探測(cè)通道的光譜響應(yīng)度曲線獲取對(duì)應(yīng)通道的中心波長(zhǎng)和帶寬，確定激光雷達(dá)系統(tǒng)的光譜覆蓋范圍和/或所有探測(cè)通道的光譜分辨率和/或確定光纖是否損壞和確定損壞的光纖位置。該發(fā)明能夠?qū)Ω吖庾V激光雷達(dá)的理論設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，特別是對(duì)特定探測(cè)通道出現(xiàn)的設(shè)計(jì)偏差進(jìn)行重點(diǎn)分析。

技術(shù)研發(fā)人員：錢立勇,劉東,吳德成,史碩,宋沙磊,龔?fù)?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23