一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，包括：沿光路前后移動長焦鏡頭，使相機對無窮遠(yuǎn)處目標(biāo)清晰成像；沿光路前后移動小孔光闌，使相機成像中的小孔邊沿清晰；調(diào)節(jié)二維旋轉(zhuǎn)臺，使相機成像中的暗黑圓斑與亮白圓環(huán)均處于暗黑背景的中心；沿光路前后移動結(jié)構(gòu)件，使相機成像中的暗黑圓斑與亮白圓環(huán)的邊緣清晰；縮小小孔光闌，并平移調(diào)節(jié)二維旋轉(zhuǎn)平移平臺，使相機成像中的亮白圓環(huán)的亮度保持不變；調(diào)節(jié)固定偏振分光棱鏡的二維旋轉(zhuǎn)臺，使在透射通道、反射通道處相機成像中的暗黑圓斑與亮白圓環(huán)均處于暗黑背景的中心。本發(fā)明引入相機進(jìn)行可視化調(diào)節(jié)，以保證激光雷達(dá)系統(tǒng)的兩個接收通道共視場；具有調(diào)節(jié)精度高，操作直觀、簡單方便的優(yōu)點。
【專利說明】
一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光雷達(dá)光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，可應(yīng)用于多種具有雙接收通道的激光雷達(dá)系統(tǒng)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]激光雷達(dá)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于大氣參量的遙感探測。在發(fā)射功率較大時，通常激光束的指向與望遠(yuǎn)鏡光軸平行但不共軸。當(dāng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的接收單元為單通道時，通過調(diào)節(jié)后置光路中固定反射鏡的二維旋轉(zhuǎn)臺，同時觀察傳感器光電倍增管的輸出信號，當(dāng)高空與低空的回波信號強度都達(dá)到最大值時，即可認(rèn)為后置光路調(diào)節(jié)完畢。但是當(dāng)接受單元為多通道時，例如在偏振激光雷達(dá)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程中，以上方法就難以實施成功。從調(diào)節(jié)過程上看，一般接收單元中偏振分光棱鏡不可調(diào)節(jié)，而僅僅調(diào)節(jié)二維旋轉(zhuǎn)臺則難以使兩個不同通道的回波信號強度同時達(dá)到最大，這也意味著這兩個通道并不共視場，為后續(xù)的大氣參數(shù)反演過程引入了較大的系統(tǒng)誤差。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，采用的硬件包括第一二維旋轉(zhuǎn)臺2，平面鏡3，小孔光闌4，第一結(jié)構(gòu)件5，二維旋轉(zhuǎn)平移臺6，準(zhǔn)直透鏡7，第二二維旋轉(zhuǎn)臺8，偏振分光棱鏡9，第二結(jié)構(gòu)件12，第三結(jié)構(gòu)件15，長焦鏡頭16，第四結(jié)構(gòu)件17，C⑶相機18，第五結(jié)構(gòu)件19。
[0006]具體調(diào)節(jié)方法如下:
步驟I，將長焦鏡頭16、第四結(jié)構(gòu)件17、CCD相機18沿光路依次安裝放置在第二結(jié)構(gòu)件12中，沿光路前后移動長焦鏡頭16，使CCD相機18對無窮遠(yuǎn)處目標(biāo)清晰成像，然后鎖緊長焦鏡頭16;
步驟2，將小孔光闌4、準(zhǔn)直透鏡7、第一結(jié)構(gòu)件5，以及在步驟I中已經(jīng)鎖緊的長焦鏡頭16、第四結(jié)構(gòu)件17、(XD相機18與第二結(jié)構(gòu)件12沿光路放置于第五結(jié)構(gòu)件19中，沿光路前后移動小孔光闌4，使CCD相機18成像中的小孔邊沿清晰，然后鎖緊小孔光闌4，再將長焦鏡頭16與第四結(jié)構(gòu)件17從第五結(jié)構(gòu)件19上移除；
步驟3，將在步驟2中調(diào)節(jié)好的小孔光闌4、準(zhǔn)直透鏡7、第一結(jié)構(gòu)件5，CCD相機18與第二結(jié)構(gòu)件12以及第五結(jié)構(gòu)件19沿光路放置于第一二維旋轉(zhuǎn)臺2之后，調(diào)節(jié)第一二維旋轉(zhuǎn)臺2，使C⑶相機18成像中的暗黑圓斑20與亮白圓環(huán)21均處于暗黑背景22的中心；
步驟4，沿光路前后移動第五結(jié)構(gòu)件19，使CCD相機18成像中的暗黑圓斑20與亮白圓環(huán)21的邊緣清晰；
步驟5，將二維旋轉(zhuǎn)平移平臺6與第一結(jié)構(gòu)件5緊密裝配，固定第二結(jié)構(gòu)件12，并移除第五結(jié)構(gòu)件19，縮小小孔光闌4，在與光路垂直的平面上平移調(diào)節(jié)二維旋轉(zhuǎn)平移平臺6，使CCD相機18成像中的殼白圓環(huán)21的殼度保持不變；
步驟6，沿光路放置第二二維旋轉(zhuǎn)臺8與偏振分光棱鏡9于第一結(jié)構(gòu)件5與第二結(jié)構(gòu)件12之間，調(diào)節(jié)固定偏振分光棱鏡9的第二二維旋轉(zhuǎn)臺8，使在CCD相機18成像中的暗黑圓斑20與亮白圓環(huán)21均處于暗黑背景22的中心，最后移除CCD相機18，并在第二結(jié)構(gòu)件12內(nèi)依次安裝第一光電倍增管11與第一窄帶濾光片10;
步驟7，放置CCD相機18于反射通道的第三結(jié)構(gòu)件15內(nèi)，調(diào)節(jié)固定偏振分光棱鏡9的第二二維旋轉(zhuǎn)臺8，使CCD相機18成像中的暗黑圓斑20與亮白圓環(huán)21均處于暗黑背景22的中心，最后移除CCD相機18，并在第三結(jié)構(gòu)件15內(nèi)依次安裝第二光電倍增管14與第二窄帶濾光片13ο
[0007]作為優(yōu)選，所述的二維旋轉(zhuǎn)臺，具備水平旋轉(zhuǎn)與俯仰上下的調(diào)節(jié)能力，以及鎖緊功會K。
[0008]作為優(yōu)選，所述的二維旋轉(zhuǎn)平移臺6，具備水平旋轉(zhuǎn)與俯仰上下的調(diào)節(jié)能力，水平與垂直方向移動的調(diào)節(jié)能力，以及鎖緊功能。
[0009]作為優(yōu)選，所述的偏振分光棱鏡9可由平面型分束鏡9替代。
[0010]作為優(yōu)選，所述相機18為C⑶相機，也可以為CMOS相機。
[0011]作為優(yōu)選，所述第一結(jié)構(gòu)件5，第二結(jié)構(gòu)件12，第三結(jié)構(gòu)件15，第四結(jié)構(gòu)件17，第五結(jié)構(gòu)件19均為鋁制結(jié)構(gòu)件，也可由其它金屬制作。
[0012]本發(fā)明引入相機進(jìn)行可視化調(diào)節(jié)，可以保證激光雷達(dá)系統(tǒng)的兩個接收通道共視場。本發(fā)明具有調(diào)節(jié)精度高，操作直觀、簡單方便的優(yōu)點。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中鏡頭焦距調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中小孔光闌與準(zhǔn)直透鏡共焦調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中準(zhǔn)直透鏡與望遠(yuǎn)鏡共焦共軸調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中相機圖像的示意圖；
圖6是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中透射通道與望遠(yuǎn)鏡共軸調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中反射通道與望遠(yuǎn)鏡共軸調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中，丨一望遠(yuǎn)鏡，2一第一二維旋轉(zhuǎn)臺，3一平面鏡，4一小孔光闌，5—第一結(jié)構(gòu)件，6—二維旋轉(zhuǎn)平移臺，7—準(zhǔn)直透鏡，8—第二二維旋轉(zhuǎn)臺，9 一偏振分光棱鏡，10—第一窄帶濾光片，11一第一光電倍增管，12—第二結(jié)構(gòu)件，13—第二窄帶濾光片，14一第二光電倍增管，15—第三結(jié)構(gòu)件，16—長焦鏡頭，17—第四結(jié)構(gòu)件，18—CXD相機，19一第五結(jié)構(gòu)件，20—暗黑圓斑，21 —殼白圓環(huán)，22—暗黑背景。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]以下通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法作進(jìn)一步具體說明。
[0018]實施例1
圖1是本發(fā)明的激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，第一光電倍增管11對應(yīng)于透射通道，而第二光電倍增管14對應(yīng)于反射通道。本發(fā)明在本實施例中的目的是使透射與反射兩個通道共視場。
[0019]圖2是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中鏡頭焦距調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖，用來輔助說明本發(fā)明的調(diào)節(jié)步驟I。
[0020]圖3是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中小孔光闌與準(zhǔn)直透鏡共焦調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖，用來輔助說明本發(fā)明的調(diào)節(jié)步驟2。
[0021]圖4是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中準(zhǔn)直透鏡與望遠(yuǎn)鏡共焦共軸調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖，用來輔助說明本發(fā)明的調(diào)節(jié)步驟3，步驟4與步驟5。
[0022]圖5是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中相機圖像的示意圖，用來輔助說明本發(fā)明的調(diào)節(jié)步驟3、步驟4、步驟5、步驟6與步驟7。
[0023]圖6是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中透射通道與望遠(yuǎn)鏡共軸調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖，用來輔助說明本發(fā)明的調(diào)節(jié)步驟6。
[0024]圖7是本發(fā)明調(diào)節(jié)過程中反射通道與望遠(yuǎn)鏡共軸調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖，用來輔助說明本發(fā)明的調(diào)節(jié)步驟7。
[0025]在本發(fā)明的調(diào)節(jié)過程中，第一結(jié)構(gòu)件5，第二結(jié)構(gòu)件12，第三結(jié)構(gòu)件15，第四結(jié)構(gòu)件17，第五結(jié)構(gòu)件19均為鋁制結(jié)構(gòu)件，也可由其它金屬制作;第一結(jié)構(gòu)件5用于固定小孔光闌4與準(zhǔn)直透鏡7，其中小孔光闌4可沿光軸靠近或遠(yuǎn)離準(zhǔn)直透鏡7;第二結(jié)構(gòu)件12用于固定第一窄帶濾光片10與第一光電倍增管11，也可以單獨固定相機18;第三結(jié)構(gòu)件15用于固定第二窄帶濾光片13與第二光電倍增管14，也可以單獨固定相機18;第四結(jié)構(gòu)件17用于固定長焦鏡頭16;第五結(jié)構(gòu)件19用于固定第一結(jié)構(gòu)件5，第四結(jié)構(gòu)件17，第二結(jié)構(gòu)件12。
[0026]在本發(fā)明的調(diào)節(jié)過程中，第一二維旋轉(zhuǎn)臺2用于調(diào)節(jié)平面鏡3;二維旋轉(zhuǎn)平移臺6用于調(diào)節(jié)第一結(jié)構(gòu)件5;第二二維旋轉(zhuǎn)臺8用于調(diào)節(jié)偏振分光棱鏡9。第一二維旋轉(zhuǎn)臺2、第二二維旋轉(zhuǎn)臺8與二維旋轉(zhuǎn)平移臺6均具備水平旋轉(zhuǎn)與俯仰上下的調(diào)節(jié)能力，以及鎖緊功能；其中，二維旋轉(zhuǎn)平移臺6還具備水平與垂直方向移動的調(diào)節(jié)能力。
[0027]在本發(fā)明的調(diào)節(jié)過程中，專用光源不是必需的，可以使用天光背景作為光源，即在晴朗的白天打開望遠(yuǎn)鏡I的鏡蓋即可。
[0028]—種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法包括以下步驟:
步驟I，將長焦鏡頭16、第四結(jié)構(gòu)件17、CCD相機18與第二結(jié)構(gòu)件12沿光路依次安裝放置，沿光路前后移動長焦鏡頭16，使CCD相機18對無窮遠(yuǎn)處目標(biāo)清晰成像，然后鎖緊長焦鏡頭16;
步驟2，將小孔光闌4、準(zhǔn)直透鏡7、第一結(jié)構(gòu)件5，以及在步驟I中已經(jīng)鎖緊的長焦鏡頭16、第四結(jié)構(gòu)件17、(XD相機18與第二結(jié)構(gòu)件12沿光路放置于第五結(jié)構(gòu)件19中，沿光路前后移動小孔光闌4，使CCD相機18成像中的小孔邊沿清晰，然后鎖緊小孔光闌4，再將長焦鏡頭16與第四結(jié)構(gòu)件17從第五結(jié)構(gòu)件19上移除；
步驟3，將在步驟2中調(diào)節(jié)好的小孔光闌4、準(zhǔn)直透鏡7、第一結(jié)構(gòu)件5，CCD相機18與第二結(jié)構(gòu)件12以及第五結(jié)構(gòu)件19沿光路放置于二維旋轉(zhuǎn)臺2之后，調(diào)節(jié)第一二維旋轉(zhuǎn)臺2，使CCD相機18成像中的暗黑圓斑20與亮白圓環(huán)21均處于暗黑背景22的中心； 步驟4，沿光路前后移動第五結(jié)構(gòu)件19，使CCD相機18成像中的暗黑圓斑20與亮白圓環(huán)21的邊緣清晰;步驟5，將二維旋轉(zhuǎn)平移平臺6與第一結(jié)構(gòu)件5緊密裝配，固定第二結(jié)構(gòu)件12，并移除第五結(jié)構(gòu)件19，縮小小孔光闌4，在與光路垂直的平面上平移調(diào)節(jié)二維旋轉(zhuǎn)平移平臺6，使CCD相機18成像中的亮白圓環(huán)21的亮度保持不變；
步驟6，沿光路放置第二二維旋轉(zhuǎn)臺8與偏振分光棱鏡9于第一結(jié)構(gòu)件5與第二結(jié)構(gòu)件12之間，調(diào)節(jié)固定偏振分光棱鏡9的第二二維旋轉(zhuǎn)臺8，使在CCD相機18成像中的暗黑圓斑20與亮白圓環(huán)21均處于暗黑背景22的中心，最后移除CCD相機18，并在第二結(jié)構(gòu)件12內(nèi)依次安裝第一光電倍增管11與第一窄帶濾光片10;
步驟7，放置CCD相機18于反射通道的第三結(jié)構(gòu)件15內(nèi)，調(diào)節(jié)固定偏振分光棱鏡9的第二二維旋轉(zhuǎn)臺8，使CCD相機18成像中的暗黑圓斑20與亮白圓環(huán)21均處于暗黑背景22的中心，最后移除CCD相機18，并在第三結(jié)構(gòu)件15內(nèi)依次安裝第二光電倍增管14與第二窄帶濾光片13ο
[0029]實施例2
本實施例與實施例1基本相同，不同之處是:偏振分光棱鏡9改為平面型分束鏡9。
[0030]實施例3
本實施例與實施例1基本相同，不同之處是:CCD相機18改為CMOS相機18。
【主權(quán)項】
1.一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:包括第一二維旋轉(zhuǎn)臺(2)，平面鏡(3)，小孔光闌(4)，第一結(jié)構(gòu)件(5)，二維旋轉(zhuǎn)平移臺(6)，準(zhǔn)直透鏡(7)，第二二維旋轉(zhuǎn)臺(8)，偏振分光棱鏡(9)，第二結(jié)構(gòu)件(12)，第三結(jié)構(gòu)件(15)，長焦鏡頭(16)，第四結(jié)構(gòu)件(17)，CCD相機(18)，第五結(jié)構(gòu)件(19); 具體步驟如下: 步驟I，將長焦鏡頭(16)、第四結(jié)構(gòu)件(I7)、CCD相機(18)沿光路依次安裝放置在第二結(jié)構(gòu)件(12)中，沿光路前后移動長焦鏡頭(16)，使CCD相機(18)對無窮遠(yuǎn)處目標(biāo)清晰成像，然后鎖緊長焦鏡頭(16)； 步驟2，將小孔光闌(4)、準(zhǔn)直透鏡(7)、第一結(jié)構(gòu)件(5)，以及在步驟I中已經(jīng)鎖緊的長焦鏡頭(16)、第四結(jié)構(gòu)件(17)、CCD相機(18)與第二結(jié)構(gòu)件(12)沿光路放置于第五結(jié)構(gòu)件(19)中，沿光路前后移動小孔光闌(4)，使CCD相機(18)成像中的小孔邊沿清晰，然后鎖緊小孔光闌(4)，再將長焦鏡頭(16)與第四結(jié)構(gòu)件(17)從第五結(jié)構(gòu)件(19)上移除； 步驟3，將在步驟2中調(diào)節(jié)好的小孔光闌(4)、準(zhǔn)直透鏡(7)、第一結(jié)構(gòu)件(5)，CCD相機(18)與第二結(jié)構(gòu)件(12)以及第五結(jié)構(gòu)件(19)沿光路放置于第一二維旋轉(zhuǎn)臺(2)之后，調(diào)節(jié)第一二維旋轉(zhuǎn)臺(2)，使CCD相機(18)成像中的暗黑圓斑(20)與亮白圓環(huán)(21)均處于暗黑背景(22)的中心； 步驟4，沿光路前后移動第五結(jié)構(gòu)件(19)，使CCD相機(18)成像中的暗黑圓斑(20)與亮白圓環(huán)(21)的邊緣清晰； 步驟5，將二維旋轉(zhuǎn)平移平臺(6)與第一結(jié)構(gòu)件(5)緊密裝配，且固定第二結(jié)構(gòu)件(12)，并移除第五結(jié)構(gòu)件(19)，縮小小孔光闌(4)，在與光路垂直的平面上平移調(diào)節(jié)二維旋轉(zhuǎn)平移平臺(6 )，使CCD相機(18)成像中的亮白圓環(huán)(21)的亮度保持不變； 步驟6，沿光路將第二二維旋轉(zhuǎn)臺(8)、偏振分光棱鏡(9)放置于第一結(jié)構(gòu)件(5)與第二結(jié)構(gòu)件(12)之間，調(diào)節(jié)固定偏振分光棱鏡(9)的第二二維旋轉(zhuǎn)臺(8)，使在CCD相機(18)成像中的暗黑圓斑(20)與亮白圓環(huán)(21)均處于暗黑背景(22)的中心，最后移除CCD相機(18); 步驟7，放置CCD相機(18)于反射通道的第三結(jié)構(gòu)件(15)內(nèi)，調(diào)節(jié)固定偏振分光棱鏡(9)的第二二維旋轉(zhuǎn)臺(8)，使CCD相機(18)成像中的暗黑圓斑(20)與亮白圓環(huán)(21)均處于暗黑背景(22)的中心，最后移除CCD相機(18)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述步驟6中，移除CCD相機(I 8)之后，在第二結(jié)構(gòu)件(12)內(nèi)依次安裝第一光電倍增管(11)與第一窄帶濾光片(10)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述步驟7中，移除CCD相機(18)之后，在第三結(jié)構(gòu)件(15)內(nèi)依次安裝第二光電倍增管(14)與第二窄帶濾光片(13)。4.根據(jù)權(quán)利要求書1-3中任意一項所述的一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述的二維旋轉(zhuǎn)臺具備水平旋轉(zhuǎn)與俯仰上下的調(diào)節(jié)能力，以及鎖緊功能。5.根據(jù)權(quán)利要求書1-3中任意一項所述的一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述的二維旋轉(zhuǎn)平移臺(6)具備水平旋轉(zhuǎn)與俯仰上下的調(diào)節(jié)能力，水平與垂直方向移動的調(diào)節(jié)能力，以及鎖緊功能。6.根據(jù)權(quán)利要求書1-3中任意一項所述的一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述的偏振分光棱鏡(9)可由平面型分束鏡9替代。7.根據(jù)權(quán)利要求書1-3中任意一項所述的一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述的CCD相機(18)可由CMOS相機18替代。8.根據(jù)權(quán)利要求書1-3中任意一項所述的一種激光雷達(dá)雙通道共視場的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述第一結(jié)構(gòu)件(5)，第二結(jié)構(gòu)件(12)，第三結(jié)構(gòu)件(15)，第四結(jié)構(gòu)件(17)，第五結(jié)構(gòu)件(19)均為鋁制結(jié)構(gòu)件，也可由其它金屬制作。
【文檔編號】G01S7/481GK106093913SQ201610435140
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】張云鵬, 易帆, 李昕橋
【申請人】武漢大學(xué)