一种高光谱激光雷达系统及其测量方法

1.本发明涉及高光谱激光雷达，具体涉及一种高光谱激光雷达系统及其测量方法。


背景技术：

2.高光谱激光雷达能够同时获得高光谱信息和距离信息，实现了高光谱成像仪和激光雷达技术的融合，推动了光学遥感应用的发展。目前高光谱激光雷达采用超连续激光作为光源，光栅或棱镜作为分色系统，apd(雪崩二极管)阵列作为探测器，但其存在几方面的难点。第一方面是apd阵列技术并不是十分成熟，市面上具有的apd阵列的探测单元数据非常少，仅能实现几十个谱段的探测；第二方面是apd获得的高速模拟信号很容易受到干扰，探测到的光谱信号受到各种因素的影响，信噪比较低，很难得到优质的光谱图像；第三方面是高光谱激光雷达的数据量巨大，很难实现所有光谱通道激光雷达数据的完全采集，因此国际上目前仅对32路高光谱激光雷达其中的8路进行数据采集。


技术实现要素：

3.本发明的目的是解决现有高光谱激光雷达探测的谱段少、信噪比低、难以实现所有光谱通道数据完全同步采集的技术问题，而提供一种高光谱激光雷达系统及其测量方法。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种高光谱激光雷达系统，其特殊之处在于：包括超连续谱激光器、控制及数据采集系统、水平位移平台，以及设置在水平位移平台上的消色差激光准直组件、垂直线形激光整形组件、消色差激光接收组件、分光片、垂直狭缝、分光系统、汇聚组件、图像探测器、中继镜、垂直位移平台、设置在垂直位移平台上的apd系统；
6.所述超连续谱激光器与控制及数据采集系统电连接，用于向待测目标发送激光脉冲信号，同时向控制及数据采集系统发送激光脉冲同步信号；
7.所述消色差激光准直组件、垂直线形激光整形组件和待测目标沿激光脉冲信号传输方向依次设置在超连续谱激光器输出激光脉冲信号的光路上；所述超连续谱激光器、消色差激光准直组件和垂直线形激光整形组件的传输光路为同轴光路；
8.所述消色差激光接收组件与消色差激光准直组件和垂直线形激光整形组件的光轴平行，用于接收待测目标列像元的回波信号；
9.所述分光片位于消色差激光接收组件的传输光路上；所述垂直狭缝、分光系统、汇聚组件和图像探测器依次设置在分光片的透射光路上，垂直狭缝位于消色差激光接收组件的一次像面处；所述图像探测器用于采集待测目标列像元的图谱数据；
10.所述中继镜和apd系统依次位于分光片的反射光路上，中继镜的接收端位于反射光路的一次像面处；所述apd系统用于接收经中继镜放大的反射回波信号，并获得待测目标的像元距离信息；
11.所述水平位移平台用于使图像探测器按列依次采集待测目标的图谱数据；所述垂
直位移平台用于使apd系统按像元依次采集待测目标的距离信息；
12.所述控制及数据采集系统分别与垂直位移平台、apd系统、水平位移平台和图像探测器电连接，用于控制垂直位移平台和水平位移平台的位移、调整图像探测器的曝光时间、对激光脉冲同步信号进行分频并将其作为触发信号分别发送至图像探测器和apd系统，以及接收图像探测器获得的图谱数据和apd系统获得的距离信息。
13.进一步地，所述apd系统包括依次电连接的单元雪崩二极管及其信号放大电路、ad转换电路、信号处理电路和数据传输电路；
14.所述单元雪崩二极管的输入端设置在中继镜输出光路的焦面位置，所述数据传输电路的输出端与控制及数据采集系统电连接；
15.所述信号处理电路与控制及数据采集系统电连接，用于根据控制及数据采集系统发来的激光脉冲同步信号分频信号开始测量并获得待测目标像元的距离信息。
16.进一步地，所述中继镜的放大倍率为apd系统像元尺寸与垂直狭缝的狭缝宽度的比值，防止由于apd像元尺寸过大引起的邻近像元回波信号混叠；
17.所述分光片的透射光和反射光分光比大于等于10:1，具体数值可根据探测距离和目标反射率进行调整，确保apd系统接收到的98％高反射率目标的回波信号不大于其饱和值的90％。
18.进一步地，所述超连续谱激光器的有效谱段范围覆盖0.4μm～1μm，所述单元雪崩二极管的光谱响应范围覆盖0.4μm～1μm。
19.进一步地，所述消色差激光接收组件的视场包含覆盖垂直线形激光整形组件视场，且垂直线形激光整形组件输出的垂直线形激光光斑回波能够充满垂直狭缝，此时图像探测器的整个像面亮度最亮。
20.进一步地，所述垂直位移平台的位移精度优于1μm；
21.所述分光系统为光栅或色散棱镜。
22.本发明还提供一种高光谱激光雷达系统的测量方法，基于上述的一种高光谱激光雷达系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
23.步骤1、调整水平位移平台和垂直位移平台的位置，使水平位移平台位于最左端或者最右端，使垂直位移平台位于最上端或者最下端，且当垂直位移平台位于最上或者最下端时，apd系统接收到的是狭缝图像边缘像元对应的反射回波信号；
24.步骤2、超连续谱激光器向待测目标发送脉冲激光信号，同时向控制及数据采集系统发送激光脉冲同步信号；控制及数据采集系统设定图像探测器的曝光时间；
25.步骤3、控制及数据采集系统将接收到的激光脉冲同步信号进行分频后作为触发信号分别发送给图像探测器和apd系统，使图像探测器开始曝光及数据采集、apd系统开始采集；
26.步骤4、脉冲激光信号经过消色差激光准直组件准直后进入垂直线形激光整形组件被整形为线形光斑，照射待测目标列像元；
27.步骤5、消色差激光接收组件接收待测目标列像元反射产生的回波信号，分光片将回波信号分为透射回波信号和反射回波信号；
28.步骤6、透射回波信号在垂直狭缝处成像得到狭缝图像，狭缝图像经过分光系统后按照波长展开，之后通过汇聚组件将不同波长的狭缝图像成像至图像探测器，获得待测目
标列像元的图谱数据；
29.反射回波信号经过中继镜放大进入apd系统，apd系统根据激光脉冲同步信号和回波信号的时间差获得待测目标像元的距离信息，并将距离信息发送至控制及数据采集系统；控制及数据采集系统向垂直位移平台发送控制信号，控制垂直位移平台进行垂直位移，apd系统进行下一个待测目标像元距离信息的测算，直至待测目标列像元的距离信息获取完毕；所述垂直位移平台的位移量等于apd系统的有效感光面直径；
30.控制及数据采集系统向图像探测器发出曝光结束信号，图像探测器将获得的待测目标列像元的图谱数据发送至控制及数据采集系统；
31.步骤7、控制及数据采集系统向水平位移平台发送控制信号，控制水平位移平台进行水平位移，重复步骤3-步骤6，直至得到待测目标对应的所有像元的图谱数据和距离信息；所述水平位移平台的位移量为一个像元的宽度；
32.步骤8、控制及数据采集系统将图像探测器获得的待测目标列像元的图谱数据和apd系统测算的对应区域待测目标像元的距离信息进行融合，获得待测目标的高光谱图像和距离信息。
33.进一步地，步骤3中，所述控制及数据采集系统向apd系统发出的控制信号为激光脉冲同步信号的n分频信号，向图像探测器发出的曝光触发信号为激光脉冲同步信号的m分频信号；
34.其中，m＝n*k，n为大于等于3的整数，由控制及数据采集系统根据接收到的能量及水平位移台的移动速度调整；
35.k为待测目标的高光谱空间维像素个数。
36.进一步地，步骤2中，所述图像探测器的曝光时间t通过以下公式计算：
37.t＝n*k*(1/f)-t038.其中，f为脉冲激光信号的激光重复频率；
39.t0为水平位移台移动图像探测器的一个像素距离所需时间。
40.进一步地，步骤6中，所述控制及数据采集系统向垂直位移平台发送的控制信号相比向apd系统发送的触发信号延迟δt，其中，δt＝1/f。
41.与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
42.1、本发明提供的高光谱激光雷达系统采用图像探测器与apd系统，图像探测器通过较长时间的积分获取垂直方向目标列像元的高信噪比图谱数据，通过水平位移平台沿水平方向上移动，实现二维图谱数据的获取；apd系统测算某一对应目标像元到系统的距离，通过垂直位移平台沿垂直方向移动，实现与图像探测器对应的线视场中所有像元的距离信息的获取。
43.2、本发明提供的高光谱激光雷达系统中，中继镜的放大倍率为apd系统像元尺寸与垂直狭缝狭缝宽度的比值，可防止由于apd像元尺寸过大引起的邻近像元回波信号混叠；分光片的透射光和反射光分光比大于等于10:1，可确保apd系统接收到的98％高反射率目标的回波信号不大于其饱和值的90％；
44.3、本发明提供的高光谱激光雷达系统中，消色差激光接收组件的视场包含覆盖垂直线形激光整形组件视场，且应保证从垂直线形激光整形组件输出的垂直线形激光光斑回波能够充满垂直狭缝，此时图像探测器的整个像面亮度最亮；
45.4、本发明提供的高光谱激光雷达系统的测量方法将图像探测器的每一个像元图谱数据与对应像元的距离信息进行融合，在得到距离信息的同时获得高信噪比的高光谱图像，实现所有高光谱通道激光雷达数据的完全采集；
46.5、本发明提供的高光谱激光雷达系统的测量方法中，垂直位移平台的位移量为apd系统的有效感光面直径、水平位移平台的位移量为一个像元的宽度，可保证测量的距离信息和图谱数据无重叠，简化了数据处理的程序，减少了计算量。
附图说明
47.图1为本发明实施例提供的高光谱激光雷达系统的结构原理图；
48.图2为本发明实施例中apd系统的结构原理图；
49.附图标记说明如下：
50.1-超连续谱激光器，2-控制及数据采集系统，3-水平位移平台，4-垂直位移平台，5-消色差激光准直组件，6-垂直线形激光整形组件，7-消色差激光接收组件，8-分光片，9-垂直狭缝，10-分光系统，11-汇聚组件，12-图像探测器，13-中继镜，14-apd系统。
具体实施方式
51.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高光谱激光雷达系统及其测量方法作进一步详细说明。
52.一种高光谱激光雷达系统，如图1所示，包括超连续谱激光器1、控制及数据采集系统2、水平位移平台3，以及设置在水平位移平台3上的消色差激光准直组件5、垂直线形激光整形组件6、消色差激光接收组件7、分光片8、垂直狭缝9、分光系统10、汇聚组件11、图像探测器12、中继镜13、垂直位移平台4、设置在垂直位移平台4上的apd系统14，垂直位移平台4的位移精度优于1μm。
53.超连续谱激光器1与控制及数据采集系统2电连接，用于向待测目标发送激光脉冲信号，同时向控制及数据采集系统2发送激光脉冲同步信号，超连续谱激光器1的有效谱段范围覆盖0.4μm～1μm。消色差激光准直组件5、垂直线形激光整形组件6和待测目标沿激光脉冲信号传输方向依次设置在超连续谱激光器1输出激光脉冲信号的光路上。超连续谱激光器1、消色差激光准直组件5和垂直线形激光整形组件6的传输光路为同轴光路。消色差激光准直组件5用于准直脉冲激光信号，垂直线形激光整形组件6用于将经准直的脉冲激光信号由圆形光斑整形为线形光斑，其垂直和水平方向的发散角分别由垂直线形激光整形组件6和消色差激光准直组件5保证。
54.消色差激光接收组件7与消色差激光准直组件5和垂直线形激光整形组件6的光轴平行，用于接收待测目标列像元的回波信号。消色差激光接收组件7的视场包含覆盖垂直线形激光整形组件6视场，且应保证从垂直线形激光整形组件输出的垂直线形激光光斑回波能够充满垂直狭缝，此时图像探测器的整个像面亮度最亮。
55.分光片8位于消色差激光接收组件7的传输光路上。分光片8的透射光和反射光分光比为10:1，具体数值可根据探测距离和目标反射率进行调整，确保apd系统14接收到的98％高反射率目标的回波信号不大于其饱和值的90％。
56.垂直狭缝9、分光系统10、汇聚组件11和图像探测器12依次设置在分光片8的透射
光路上，垂直狭缝9位于消色差激光接收组件7的一次像面处，图像探测器12用于采集待测目标列像元的图谱数据。垂直狭缝9作为视场光阑用于滤除透射回波信号中线形视场外的杂散光，分光系统10用于将透射回波信号按照波长展开；汇聚组件11用于将不同波长的狭缝图像成像至图像探测器12上，获得垂直狭缝对应的线形地物空间的图谱信息。分光系统10为光栅或色散棱镜。
57.中继镜13和apd系统14依次位于分光片8的反射光路上，中继镜13的接收端位于反射光路的一次像面处。中继镜13用于放大反射回波信号并将其传输至apd系统14，中继镜13的放大倍率为apd系统14像元尺寸与图像探测器12像元尺寸的比值。apd系统14在激光脉冲同步信号分频信号的触发下及时接收激光回波信号，并根据激光脉冲同步信号分频信号与回波信号的时间间隔获得待测目标像元的距离信息。
58.如图2所示，apd系统14包括依次电连接的单元雪崩二极管及其信号放大电路、ad转换电路、信号处理电路和数据传输电路。apd系统14的接收视场角与图像探测器的空间维像元的瞬时视场角相同。
59.单元雪崩二极管的输入端设置在中继镜13输出光路的焦面位置，数据传输电路的输出端与控制及数据采集系统2电连接。信号处理电路与控制及数据采集系统2电连接，用于接收控制及数据采集系统2发来的控制信号，并获得待测目标像元的距离信息。单元雪崩二极管的光谱响应范围覆盖0.4μm～1μm，单元雪崩二极管进行垂直移动的开始位置为图像探测器空间维像元行的一侧端点。
60.垂直位移平台4用于使apd系统14按像元依次采集待测目标的距离信息，水平位移平台3用于使图像探测器12按列依次采集待测目标的图谱数据。apd系统14依次获得待测目标像元的距离信息并将其输出到控制及数据采集系统2，直至将待测列目标像元的距离信息获取完毕，图像探测器12完成曝光。图像探测器12曝光完成后将图谱数据输出到控制及数据采集系统2，控制及数据采集系统2控制水平位移平台3移动一个像元距离，通过沿着水平方向的推扫完成三维数据立方体的获取。
61.控制及数据采集系统2分别与垂直位移平台4、apd系统14、水平位移平台3和图像探测器12电连接，用于控制垂直位移平台4和水平位移平台3的位移、调整图像探测器12的曝光时间并向其发送曝光触发和结束信号、向apd系统14发送控制信号，接收图像探测器12获得的图谱数据和apd系统14获得的距离信息。
62.本实施例还提供一种高光谱激光雷达系统的测量方法，基于上述的一种高光谱激光雷达系统，包括以下步骤：
63.步骤1、调整水平位移平台3和垂直位移平台4的位置，使水平位移平台3位于最左端或者最右端，使垂直位移平台4位于最上端或者最下端，且当垂直位移平台4位于最上或者最下端时，apd系统14接收到的是狭缝图像边缘像元对应的反射回波信号。
64.步骤2、超连续谱激光器1向待测目标发送脉冲激光信号，同时向控制及数据采集系统2发送激光脉冲同步信号；控制及数据采集系统2设定图像探测器12的曝光时间；
65.图像探测器12的曝光时间t通过以下公式计算：
66.t＝n*k*(1/f)-t067.其中，n为大于等于3的整数，由控制及数据采集系统2根据接收到的能量及水平位移台12的移动速度调整；
68.k为待测目标的高光谱空间维像素个数；
69.f为脉冲激光信号的激光重复频率；
70.t0为水平位移台3移动图像探测器12的一个像素距离所需时间。
71.步骤3、控制及数据采集系统2将接收到的激光脉冲同步信号进行分频后分别发送给图像探测器12和apd系统14，使图像探测器12开始曝光及数据采集、apd系统14开始采集信号；
72.控制及数据采集系统2向apd系统14发出的控制信号为激光脉冲同步信号的n分频信号，向图像探测器12发出的曝光触发信号为激光脉冲同步信号的m分频信号，其中，m＝n*k。
73.步骤4、脉冲激光信号经过消色差激光准直组件5准直后进入垂直线形激光整形组件6被整形为线形光斑，照射待测目标列像元。
74.步骤5、消色差激光接收组件7接收待测目标列像元反射产生的回波信号，分光片8将回波信号分为透射回波信号和反射回波信号。
75.步骤6、透射回波信号成像于垂直狭缝9处，狭缝图像经过分光系统10后按照波长展开，之后通过汇聚组件11将不同波长的狭缝图像成像至图像探测器12，获得待测目标列像元的图谱数据；
76.反射回波信号经过中继镜13放大进入apd系统14，apd系统14根据激光脉冲同步信号和回波信号的时间差获得待测目标的像元距离信息，并将距离数据发送至控制及数据采集系统2；控制及数据采集系统2向垂直位移平台4发送控制信号，控制垂直位移平台4垂直位移，apd系统14进行下一个待测目标像元距离信息的测算，直至待测列目标像元的距离信息获取完毕；垂直位移平台4的位移量为apd系统14的有效感光面直径，即待测目标像元的像方尺寸。
77.控制及数据采集系统2向垂直位移平台4发送的控制信号相比向apd系统14发送的控制信号延迟δt，其中，δt＝1/f；
78.控制及数据采集系统2向图像探测器12发出曝光结束信号，图像探测器12将获得的待测元目标的一列像元的图谱数据发送至控制及数据采集系统2。
79.步骤7、控制及数据采集系统2向水平位移平台3发送控制信号，控制水平位移平台3水平位移一个像素距离，重复步骤3-步骤6，直至得到待测目标对应的所有像元的图谱数据和距离信息。
80.步骤8、将图像探测器12获得的待测目标列像元的图谱数据和apd系统14测算的对应区域待测目标的像元距离信息进行融合，获得待测目标的高光谱图像和距离信息。
81.本实施例中步骤8对图谱数据和距离信息进行融合可以直接在控制及数据采集系统2上搭载相关软件进行处理；也可以将获得的图谱数据和距离信息导入上位机，通过外部处理获得待测目标的高光谱图像和距离信息。
82.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。

技术特征：
1.一种高光谱激光雷达系统，其特征在于：包括超连续谱激光器(1)、控制及数据采集系统(2)、水平位移平台(3)，以及设置在水平位移平台(3)上的消色差激光准直组件(5)、垂直线形激光整形组件(6)、消色差激光接收组件(7)、分光片(8)、垂直狭缝(9)、分光系统(10)、汇聚组件(11)、图像探测器(12)、中继镜(13)、垂直位移平台(4)、设置在垂直位移平台(4)上的apd系统(14)；所述超连续谱激光器(1)与控制及数据采集系统(2)电连接，用于向待测目标发送激光脉冲信号，同时向控制及数据采集系统(2)发送激光脉冲同步信号；所述消色差激光准直组件(5)、垂直线形激光整形组件(6)和待测目标沿激光脉冲信号传输方向依次设置在超连续谱激光器(1)输出激光脉冲信号的光路上；所述超连续谱激光器(1)、消色差激光准直组件(5)和垂直线形激光整形组件(6)的传输光路为同轴光路；所述消色差激光接收组件(7)与消色差激光准直组件(5)和垂直线形激光整形组件(6)的光轴平行，用于接收待测目标列像元的回波信号；所述分光片(8)位于消色差激光接收组件(7)的传输光路上；所述垂直狭缝(9)、分光系统(10)、汇聚组件(11)和图像探测器(12)依次设置在分光片(8)的透射光路上，垂直狭缝(9)位于消色差激光接收组件(7)的一次像面处；所述图像探测器(12)用于采集待测目标列像元的图谱数据；所述中继镜(13)和apd系统(14)依次位于分光片(8)的反射光路上，中继镜(13)的接收端位于反射光路的一次像面处；所述apd系统(14)用于接收经中继镜(13)放大的反射回波信号并获得待测目标的像元距离信息；所述控制及数据采集系统(2)分别与垂直位移平台(4)、apd系统(14)、水平位移平台(3)和图像探测器(12)电连接，用于控制垂直位移平台(4)和水平位移平台(3)的位移、设定图像探测器(12)的曝光时间、对激光脉冲同步信号进行分频并将其作为触发信号分别发送至图像探测器(12)和apd系统(14)，以及接收图像探测器(12)获得的图谱数据和apd系统(14)获得的距离信息。2.根据权利要求1所述的一种高光谱激光雷达系统，其特征在于：所述apd系统(14)包括依次电连接的单元雪崩二极管及其信号放大电路、ad转换电路、信号处理电路和数据传输电路；所述单元雪崩二极管的输入端设置在中继镜(13)输出光路的焦面位置，所述数据传输电路的输出端与控制及数据采集系统(2)电连接；所述信号处理电路与控制及数据采集系统(2)电连接，用于根据控制及数据采集系统(2)发来的激光脉冲同步信号分频信号开始测量并获得待测目标像元的距离信息。3.根据权利要求1或2所述的一种高光谱激光雷达系统，其特征在于：所述中继镜(13)的放大倍率为apd系统(14)像元尺寸与垂直狭缝(9)狭缝宽度的比值；所述分光片(8)的透射光和反射光分光比大于等于10:1。4.根据权利要求3所述的一种高光谱激光雷达系统，其特征在于：所述超连续谱激光器(1)的有效谱段范围覆盖0.4μm～1μm，所述单元雪崩二极管的光谱响应范围覆盖0.4μm～1μm。5.根据权利要求4所述的一种高光谱激光雷达系统，其特征在于：所述消色差激光接收组件(7)的视场包含覆盖等于垂直线形激光整形组件(6)的视场，且垂直线形激光整形组件
(6)输出的垂直线形激光光斑回波充满垂直狭缝(9)。6.根据权利要求5所述的一种高光谱激光雷达系统，其特征在于：所述垂直位移平台(4)的位移精度优于1μm；所述分光系统(10)为光栅或色散棱镜。7.一种高光谱激光雷达系统的测量方法，基于权利要求1-6任一所述的一种高光谱激光雷达系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、调整水平位移平台(3)和垂直位移平台(4)的位置，使水平位移平台(3)位于最左端或者最右端，使垂直位移平台(4)位于最上端或者最下端，且当垂直位移平台(4)位于最上或者最下端时，apd系统(14)接收到的是狭缝图像边缘像元对应的反射回波信号；步骤2、超连续谱激光器(1)向待测目标发送激光脉冲信号，同时向控制及数据采集系统(2)发送激光脉冲同步信号；控制及数据采集系统(2)设定图像探测器(12)的曝光时间；步骤3、控制及数据采集系统(2)将接收到的激光脉冲同步信号进行分频后作为触发信号分别发送给图像探测器(12)和apd系统(14)，使图像探测器(12)开始曝光及数据采集、apd系统(14)开始采集；步骤4、脉冲激光信号经过消色差激光准直组件(5)准直后进入垂直线形激光整形组件(6)被整形为线形光斑，照射待测目标列像元；步骤5、消色差激光接收组件(7)接收待测目标列像元反射产生的回波信号，分光片(8)将回波信号分为透射回波信号和反射回波信号；步骤6、透射回波信号在垂直狭缝(9)处成像得到狭缝图像，狭缝图像经过分光系统(10)后按照波长展开，之后通过汇聚组件(11)将不同波长的狭缝图像成像至图像探测器(12)，获得待测目标列像元的图谱数据；反射回波信号经过中继镜(13)放大进入apd系统(14)，apd系统(14)根据激光脉冲同步信号和回波信号的时间差获得待测目标的像元距离信息，并将距离信息发送至控制及数据采集系统(2)；控制及数据采集系统(2)向垂直位移平台(4)发送控制信号，控制垂直位移平台(4)进行垂直位移，apd系统(14)进行下一个待测目标像元距离信息的获取，直至待测目标列像元的距离信息获取完毕；所述垂直位移平台(4)的位移量为apd系统(14)的有效感光面直径；控制及数据采集系统(2)向图像探测器(12)发出曝光结束信号，图像探测器(12)将获得的待测目标列像元的图谱数据发送至控制及数据采集系统(2)；步骤7、控制及数据采集系统(2)向水平位移平台(3)发送控制信号，控制水平位移平台(3)进行水平位移，重复步骤3-步骤6，直至得到待测目标对应的所有像元的图谱数据和距离信息；所述水平位移平台(3)的位移量为一个像元的宽度；步骤8、将图像探测器(12)获得的待测目标列像元的图谱数据和apd系统(14)测算的对应区域待测目标像元的距离信息进行融合，获得待测目标的高光谱图像和距离信息。8.根据权利要求7所述的一种高光谱激光雷达系统的测量方法，其特征在于，步骤3中，所述控制及数据采集系统(2)向apd系统(14)发出的控制信号为激光脉冲同步信号的n分频信号，向图像探测器(12)发出的曝光触发信号为激光脉冲同步信号的m分频信号；其中，m＝n*k，n为大于等于3的整数，由控制及数据采集系统(2)根据接收到的能量及水平位移台(12)的移动速度调整；
k为待测目标的高光谱空间维像素个数。9.根据权利要求8所述的一种高光谱激光雷达系统的测量方法，其特征在于，步骤2中，所述图像探测器(12)的曝光时间t通过以下公式计算：t＝n*k*(1/f)-t0其中，f为脉冲激光信号的激光重复频率；t0为水平位移台(3)移动图像探测器(12)的一个像素距离所需时间。10.根据权利要求9所述的一种高光谱激光雷达系统的测量方法，其特征在于，步骤6中，所述控制及数据采集系统(2)向垂直位移平台(4)发送的控制信号相比向apd系统(14)发送的触发信号延迟δt，其中，δt＝1/f。

技术总结
本发明涉及高光谱激光雷达，具体涉及一种高光谱激光雷达系统及其测量方法，解决了现有高光谱激光雷达探测的谱段少、信噪比低、难以实现所有光谱通道数据完全采集的技术问题。本发明提供的高光谱激光雷达系统通过水平位移平台带动图像探测器进行水平方向上的位移，实现水平方向上各个待测列目标的图谱数据获取；通过垂直位移平台带动APD系统进行垂直方向上的位移，实现与图像探测器对应的线视场所有像元的距离信息获取；之后将图像探测器的每一个像元图谱数据与对应像元距离信息进行融合，在得到距离信息的同时获得高信噪比的高光谱图像，实现所有高光谱通道激光雷达数据的完全采集。本发明还提供一种高光谱激光雷达系统的测量方法。量方法。量方法。


技术研发人员：高晓惠 石兴春 周安安 胡炳樑 李海巍 雷佳鑫
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/9/20