一种基于DMD的四维激光雷达成像装置及方法

摘要

一种基于DMD的四维激光雷达成像装置及方法，该装置包括发射装置，固定在发射装置出光端的目标，固定于目标反射光路上的第一汇聚透镜，固定于第一汇聚透镜汇聚光路上的数字微镜器件DMD，固定于数字微镜器件DMD反射光路上的第二汇聚透镜，固定于第二汇聚透镜汇聚光路上的接收装置；与接收装置连接的混频器，与混频器连接的中频放大器，与中频放大器连接的正交相位检波器，与正交相位检波器连接的信号处理装置；还包括与所述发射装置、混频器和正交相位检波器连接的高稳定信号源，与发射装置、数字微镜器件DMD和信号处理装置连接的同步装置；本发明还公开了基于DMD的四维激光雷达成像方法；本发明对于距离离散分布和连续分布的目标均具有很好的探测效果，成像速度快，图像分辨率高。

主权项

一种基于DMD的四维激光雷达成像装置，其特征在于：包括发射装置(1)，固定在发射装置(1)出光端的目标(10)，固定于目标(10)反射光路上的第一汇聚透镜(3)，固定于第一汇聚透镜(3)汇聚光路上的数字微镜器件DMD(2)，固定于数字微镜器件DMD(2)反射光路上的第二汇聚透镜(4)，固定于第二汇聚透镜(4)汇聚光路上的接收装置(5)；与接收装置(5)连接的混频器(6)，与混频器(6)连接的中频放大器(7)，与中频放大器(7)连接的正交相位检波器(8)，与正交相位检波器(8)连接的信号处理装置(9)；还包括与所述发射装置(1)、混频器(6)和正交相位检波器(8)连接的高稳定信号源(11)，与所述发射装置(1)、数字微镜器件DMD(2)和信号处理装置(9)连接的同步装置(12)；所述发射装置(1)，发射周期为T、脉冲宽度为t、初相为0的相参脉冲串光信号照在目标(10)上；所述数字微镜器件DMD(2)，依照压缩感知二值随机采样矩阵Φ的形式变换其上的铝镜状态，对目标(10)的反射光进行调制，压缩感知二值采样矩阵Φ的元素值即对应数字微镜器件DMD(2)的铝镜状态，当矩阵元素值为+1时，数字微镜器件DMD(2)对应位置的铝镜偏转+12°，将光信号反射到第二汇聚透镜4并传给接收装置(5)；当矩阵元素值为0时，数字微镜器件DMD(2)对应位置的铝镜偏转‑12°，将其上的入射光反射到吸收平面进行入射光吸收；所述接收装置(5)，采用单点探测器，接收第二汇聚透镜(4)传来的光信号并转换为电信号以便后续处理；所述混频器(6)，是一种典型的频谱搬移电路，它将接收装置(5)传来的信号作为主振信号，混频器(6)的主振信号的频率为f₀+f_di，与高稳定信号源(11)提供的频率为f₀‑f_I的本振信号进行混频，采用选频回路选出频率为f_di+f_I的中频信号；所述中频放大器(7)，对混频器(6)传来的中频信号进行功率放大，以便进行后续处理；所述正交相位检波器(8)，从中频放大器(7)传来的放大的中频信号中提取出多普勒频率f_di，得到的信号是频率为多普勒频率f_di的复信号；所述信号处理装置(9)，对正交相位检波器(8)传来的复信号进行FFT变换，并运用压缩感知得到目标(10)的强度信息和距离信息，即可到目标(10)的四维图像；所述高稳定信号源(11)，为发射装置(1)提供载频为f₀的信号，为混频器6提供频率为f₀‑f_I的正弦本振信号，为正交相位检波器(8)提供频率为f_I的相参基准信号；所述同步装置(12)，保证发射装置(1)发射光信号、数字微镜器件DMD(2)变换其上铝镜状态以及信号处理装置(9)对这一次采样得到的数据进行处理三者之间的同步进行。所述正交相位检波器(8)包括第一乘法器(30)，与第一乘法器(30)连接的第一低通滤波器(21)；第二乘法器(31)，与第二乘法器(31)连接的第二低通滤波器(22)；与第一乘法器(30)和第二乘法器(31)连接的移相器(20)。