CN204575853U - 一种高光谱与激光雷达共光路一体化分光*** - Google Patents

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王玉诏
陶宇亮
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Abstract

本实用新型公开了一种高光谱与激光雷达共光路一体化分光***，包括回波信号接收镜、狭缝、准直镜、分光光栅、聚焦镜、测距光电探测器、成像光电探测器；包含有激光雷达回波的高光谱信号经过回波信号接收镜后，通过像面处设置的狭缝，通过狭缝的信号光，经准直镜后变为平行光，经分光光栅后，不同波长的平行光向各自特定的方向传播，经聚焦镜后不同波长的狭缝成像在聚焦镜的像面上；测距光电探测器位于聚焦镜的像面位置，用于接收激光雷达回波在此处成的像；成像光电探测器位于聚焦镜的像面位置，用于接收紫外-可见-近红外光谱像。本实用新型解决了传统的共平台分置方法测量基准不统一，光轴的一致性和稳定性难以保证，目标远场一致性匹配精度较差，***体积大、重量大的问题。

Description

一种高光谱与激光雷达共光路一体化分光***
技术领域
本实用新型涉及一种高光谱与激光雷达共光路一体化分光***，属于航空航天光学遥感器技术领域。
背景技术
高光谱成像仪与激光雷达相结合是进行高精度、高分辨率地形及资源探测的有效手段，广泛应用于林业、矿业、测绘、国防等领域，具有重要的研究意义和应用价值。
典型的高光谱成像仪原理如图1所示，遥感高光谱成像仪的光源为太阳。当太阳光照向地物目标时，由地物目标产生的后向散射光通过光栅光谱仪的接收望远镜进行收集。在接收镜焦点处设置光阑(或狭缝)，经过光栅光谱仪后不同波长的光阑(或狭缝)像聚焦在光电探测阵列上。通过不同波长光阑(或狭缝)像的接收能量采集可以得到地物目标的波谱信息，进而用于林业、矿业等领域。通常的光栅光谱仪有射型、反射型两种，图1给出的是透射型光栅光谱仪原理示意图。
典型的激光雷达原理示意图如图2所示，激光雷达的光源为主动照明的脉冲激光。由激光器向地物目标发射脉冲激光并记录发射时刻T0，脉冲激光经大气后到达地物目标，由地物目标后向散射的激光回波被接收望远镜接收后聚焦至焦点处的光阑(或狭缝)，准直后由滤光片滤除背景光，再通过聚焦镜汇集于光电探测器进行信号采集，记录到达时刻T1。由R＝c·(T1-T0)/2(其中c为光速)，即可计算激光雷达***与目标的距离R。由坐标定位***结合测距结果，可以获得地物高程分布，即地形分布信息。
常规的高光谱成像与激光雷达***一方面可以获得光谱分布信息，一方面可以获得结构地形信息，两者结合可以进一步提高地物分析的能力和精确度。 因而主被动结合的探测方式以其高程精度高、时空分辨率高、快速实时、光谱信息丰富、可视化效果好等优势成为未来地形及资源探测的主流发展方向。
当前常用的主被动结合方法主要是，将一台激光雷达和一台高光谱成像仪安装在同一个运载平台上进行同时观测，再通过复杂的处理算法进行数据同化。这种传统的共平台分置方法易于组装，但由于测量基准不统一，光轴的一致性和稳定性难以保证，两传感器测量指向的错位、误差传递放大、坐标系互不重合等在所难免，使得遥感目标远场一致性匹配精度较差甚至无法匹配。另外，两传感器分置，体积、重量、功耗难以实现公用，庞大的空间、功耗、载重开销也是飞行载体如空中飞行器和空间飞行器难以解决的。只有高光谱与激光雷达一体化的结构设计才有可能解决以上问题，而主被动共光路是一体化的必然途径。因此，高光谱与激光雷达共光路一体化是实现轻量化、小型化、低功耗、高精度、实时、高效作业的地物目标高光谱立体精准综合快速测量的可行手段。
本实用新型为首创性发明，通过查阅文献和已有发明专利，未发现与本实用新型相似的成果。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种高光谱与激光雷达共光路一体化分光***，解决高光谱成像与激光远场光斑的一致性匹配问题，同时本实用新型的***体积小、重量轻，大大节省了成本。
本实用新型***的技术解决方案是：
一种高光谱与激光雷达共光路一体化分光***，包括回波信号接收镜、狭缝、准直镜、分光光栅、聚焦镜、测距光电探测器、成像光电探测器；
包含有激光雷达回波的高光谱信号经过回波信号接收镜后，通过像面处设置的狭缝，通过狭缝的信号光，经准直镜后变为平行光，经分光光栅后，不同波长的平行光向各自特定的方向传播，经聚焦镜后不同波长的狭缝成像在聚焦镜的像面上；
测距光电探测器位于聚焦镜的像面位置，用于接收激光雷达回波在此处成 的像；成像光电探测器位于聚焦镜的像面位置，用于接收紫外-可见-近红外光谱像。
测距光电探测器采用单元APD探测器或PMT探测器或阵列APD或阵列PMT探测器；所述的成像光电探测器采用CCD或CMOS面阵探测器。
本实用新型与现有技术相比有益效果为：
(1)本实用新型设计的高光谱与激光雷达共光路一体化分光***，利用光栅分光谱，既可以满足光谱仪对光谱分辨率的要求，也可以满足激光1064nm波长与可见光谱段的分离，解决高光谱成像与激光远场光斑的一致性匹配问题。
(2)本实用新型为二次成像***，其中高光谱成像与激光测距通道的一次像来自于同一个狭缝，对应同一个远场位置，空间匹配精度高。
(3)本实用新型设计的高光谱与激光雷达共光路一体化分光***，通过共光路一体化设计，共用接收口径和光谱分析装置，省去滤光片等元件，最终达到体积小、重量轻、结构紧凑等目的。
附图说明
图1为高光谱成像仪原理示意图；
图2为激光雷达原理示意图；
图3为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步对本实用新型的工作原理和工作过程进行描述。
如图3所示，本实用新型一种高光谱与激光雷达共光路一体化分光***，包括回波信号接收镜1、狭缝2、准直镜3、分光光栅4、聚焦镜5、测距光电探测器6、成像光电探测器7；
包含有激光雷达回波的高光谱信号经过回波信号接收镜1后，通过像面处设置的狭缝2，通过狭缝2的信号光，经准直镜3后变为平行光，经分光光栅4后，不同波长的平行光向各自特定的方向传播，经聚焦镜5后不同波长的狭缝成像在聚焦镜5的像面上；
测距光电探测器6位于聚焦镜5的像面位置，用于接收激光雷达回波在此处成的像；成像光电探测器7位于聚焦镜5的像面位置，用于接收紫外-可见-近红外光谱像。
测距光电探测器6采用单元APD探测器或PMT探测器或阵列APD或阵列PMT探测器；所述的成像光电探测器7采用CCD或CMOS面阵探测器。
通常测距激光雷达的波长处在800nm～2000nm红外波段。假设使用1064nm波长，则在光谱仪1064nm光阑(或狭缝)像处，设置用于接收测距激光回波的光电探测装置4(如APD、PMT、光纤耦合APD阵列等)进行测距信号接收。同时在紫外-可见-近红外光谱像区域设置成像探测器5(如CCD、CMOS等)进行光谱信号接收。
本实用新型已经经过专家评定，且实际应用于的相应的型号当中，取得了良好的技术效果。
本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种高光谱与激光雷达共光路一体化分光***，其特征在于包括回波信号接收镜(1)、狭缝(2)、准直镜(3)、分光光栅(4)、聚焦镜(5)、测距光电探测器(6)、成像光电探测器(7)；
包含有激光雷达回波的高光谱信号经过回波信号接收镜(1)后，通过像面处设置的狭缝(2)，通过狭缝(2)的信号光，经准直镜(3)后变为平行光，经分光光栅(4)后，不同波长的平行光向各自特定的方向传播，经聚焦镜(5)后不同波长的狭缝成像在聚焦镜(5)的像面上；
测距光电探测器(6)位于聚焦镜(5)的像面位置，用于接收激光雷达回波在此处成的像；成像光电探测器(7)位于聚焦镜(5)的像面位置，用于接收紫外-可见-近红外光谱像。
2.根据权利要求1所述的一种高光谱与激光雷达共光路一体化分光***，其特征在于：所述的测距光电探测器(6)采用单元APD探测器或PMT探测器或阵列APD或阵列PMT探测器；所述的成像光电探测器(7)采用CCD或CMOS面阵探测器。
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