可实时调整功率的激光雷达望远镜和功率实时调整方法
本发明涉及激光雷达，具体涉及一种可实时调整功率的激光雷达望远镜和功率实时调整方法。
背景技术：
1、激光雷达是一种主动式探测系统，其工作原理是向待测目标主动发射激光信号，并接收目标反射回的激光信号，通过对发射和接收信号的特征进行比较分析，获得待测目标的信息。
2、激光雷达有多种探测原理，目前运用最广泛的是tof法（time of flight），即飞行时间法，其原理是通过超短脉冲激光器发射激光短脉冲照射目标物，探测反射回的光信号，根据测量脉冲发射和反射脉冲间的时间差，计算激光飞行的时间，从而得到目标的距离和/或轮廓等信息。
3、基于tof法的激光雷达目前主要应用有两个方向：近距的3d扫描成像和中远距离的测距。在中远距离的测距方面，现有的激光雷达多采用望远镜作为反射光的接收端，受益于激光自有的高准直性，在发射端也无需进行光束整形。但在实际中，为解决激光器发射的激光在远距离下发散程度加剧，发散角已经不满足探测要求，因此，现有技术在激光器的后端增加光束整形模块，通过压缩照射到目标上的光斑直径；同时在接收端增加了满足无限远距离成像的约束，使其在远距离测距时能够达到预设的精度要求。
4、然而，正是由于接收端增加了满足无限远距离成像的约束，在近距探测时接收端探测精度大大下降。为了兼具近距和中远距离探测的探测精度，现有技术中，在一些激光雷达系统中设置了远距探测模块和近距探测模块，这无疑是增加了设计、制造成本，也增大了激光雷达系统体积。
技术实现思路
1、本申请提出一种可实时调整功率的激光雷达望远镜和功率实时调整方法，能够解决现有激光雷达系统无法不能保证同时具有近距探测功能和远距探测精度的技术问题。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种可实时调整功率的激光雷达望远镜，包括：
3、发射模块，用于发射探测激光束；
4、接收模块，包括接收镜组、整形机构和探测单元；所述接收镜组用于接收并汇聚所述探测激光束被待测目标反射的回波信号；所述探测单元用于接收所述接收镜组传输的所述回波信号，并根据所述回波信号产生探测信号；
5、其中，所述探测激光束依次经过所述整形机构和接收镜组到达所述待测目标；
6、主控模块，与所述探测单元电连接，用于接收并根据所述探测信号，产生焦距调整信号；
7、所述整形机构设置于所述接收镜组与所述探测单元之间，且与所述主控模块电连接；所述整形机构用于接收并根据所述焦距调整信号，调整光路焦距，以实现实时调整所述探测激光束到达所述待测目标的激光功率。
8、一些实施例中，所述接收镜组包括主反射镜和副反射镜，且所述主反射镜和副反射镜相对且同轴设置，构成卡塞格林式望远镜。
9、一些实施例中，所述整形机构设置于所述副反射镜的焦点前。
10、一些实施例中，所述整形机构为电动整形机构，用于根据所述焦距调整信号自适应调整焦距。
11、一些实施例中，所述整形机构包括同轴设置的正焦距透镜和负焦距透镜，且接收光路中，所述负焦距透镜位于所述正焦距透镜后端。
12、一些实施例中，该激光雷达望远镜还包括分束单元；所述分束单元设置于所述发射模块的出射光路上，且与所述接收镜组同轴；所述分束单元用于接收并将所述探测激光束分束后，反射至所述接收镜组。
13、一些实施例中，所述主控模块包括pid控制器。
14、一些实施例中，所述发射模块包括激光发射器；所述探测单元为光电探测器。
15、第二方面，本申请实施例提供了一种激光雷达望远镜的功率实时调整方法，应用于如上述任意实施例所述的可实时调整功率的激光雷达望远镜，该方法包括：
16、配置初始参数，根据待测目标方位，将所述激光雷达望远镜对准待测目标；
17、控制所述发射模块发射探测激光束，接收所述探测激光束被待测目标反射的回波信号；
18、获取所述探测单元根据所述回波信号产生探测信号；
19、根据所述探测信号，产生所述焦距调整信号；
20、根据所述焦距调整信号，实时调整所述整形机构的焦距，以使所述探测单元探测到的信号满足预设要求。
21、一些实施例中，所述根据所述探测信号，产生所述焦距调整信号，包括：
22、根据所述探测信号和当前光路焦距，基于pid算法调整光路焦距，产生表征调整后焦距对应的焦距调整信号。
23、本申请实施例提供的可实时调整功率的激光雷达望远镜和功率实时调整方法，该激光雷达望远镜采用共轴结构，以卡塞格林式望远镜作为接收望远镜，在接收镜组与探测单元之间设置整形机构，通过主控模块接收探测单元传输的探测信号，产生焦距调整信号，由整形机构根据焦距调整信号，调整光路焦距，以达到实时调整发射模块发射的探测激光束到达待测目标的激光功率的目的。
24、本申请在不调整激光器参数情况下，借助光束整形机构的焦距调节功能，使得激光雷达望远镜发射或接收的激光功率能够根据探测距离实时调整，兼顾近中远距离的探测，弥补非共轴激光雷达存在近距离光学探测盲区的不足，并能够确保近距离探测时具有较高的信噪比。同时，本申请激光雷达系统全部采用常规光学元件，而不需要加工异形结构元件或对透镜或反射镜进行开孔，不仅加工和装调难度小，而且降低了制造成本。
技术特征：
1.一种可实时调整功率的激光雷达望远镜，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的可实时调整功率的激光雷达望远镜，其特征在于，所述接收镜组包括主反射镜和副反射镜，且所述主反射镜和副反射镜相对且同轴设置，构成卡塞格林式望远镜。
3.根据权利要求2所述的可实时调整功率的激光雷达望远镜，其特征在于，所述整形机构设置于所述副反射镜的焦点前。
4.根据权利要求3所述的可实时调整功率的激光雷达望远镜，其特征在于，所述整形机构为电动整形机构，用于根据所述焦距调整信号自适应调整焦距。
5.根据权利要求1-4任一所述的可实时调整功率的激光雷达望远镜，其特征在于，所述整形机构包括同轴设置的正焦距透镜和负焦距透镜，且接收光路中，所述负焦距透镜位于所述正焦距透镜后端。
6.根据权利要求5所述的可实时调整功率的激光雷达望远镜，其特征在于，还包括分束单元；所述分束单元设置于所述发射模块的出射光路上，且与所述接收镜组同轴；所述分束单元用于接收并将所述探测激光束分束后，反射至所述接收镜组。
7.根据权利要求1所述的可实时调整功率的激光雷达望远镜，其特征在于，所述主控模块包括pid控制器。
8.根据权利要求1所述的可实时调整功率的激光雷达望远镜，其特征在于，所述发射模块包括激光发射器；所述探测单元为光电探测器。
9.一种激光雷达望远镜的功率实时调整方法，应用于如权利要求1-8任一所述的可实时调整功率的激光雷达望远镜，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的激光雷达望远镜的功率实时调整方法，其特征在于，所述根据所述探测信号，产生所述焦距调整信号，包括：
技术总结
本申请提供一种可实时调整功率的激光雷达望远镜和功率实时调整方法。该激光雷达望远镜采用共轴结构，以卡塞格林式望远镜作为接收望远镜，在接收镜组与探测单元之间设置整形机构，通过主控模块接收探测单元传输的探测信号，产生焦距调整信号，由整形机构根据焦距调整信号，调整光路焦距，以达到实时调整发射模块发射的探测激光束到达待测目标的激光功率的目的。本申请在不调整激光器参数情况下，借助光束整形机构的焦距调节功能，使得激光雷达望远镜发射或接收的激光功率能够根据探测距离实时调整，兼顾近中远距离的探测，弥补非共轴激光雷达存在近距离光学探测盲区的不足，并能够确保近距离探测时具有较高的信噪比。
技术研发人员：禹智斌,汪仕海,赵明光
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23