偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置及標定與補償方法
2023-05-25 18:38:36 3
偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置及標定與補償方法
【專利摘要】本發明公開了偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置，包括偏振標定部分和偏振補償部分；偏振標定部分包括雷射器，雷射器的光束上依次設置有第一λ波片、第一λ波片、擴束器、雷射雷達系統、偏振片、會聚鏡、能量計；偏振補償部分包括旋轉控制器，旋轉控制器上通過電纜分別連接有第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片；偏振補償部分設置於雷射雷達系統和偏振片之間，第二λ波片、第三λ波片、第二λ波片依次設置在雷射器的光束上。本發明還公開了偏振雷射雷達的偏振標定與補償方法。本發明偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置及偏振標定與補償方法對雷射雷達系統進行精確的標定與補償，消除了光學系統的偏振影響。
【專利說明】偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置及標定與補償方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於偏振探測【技術領域】，涉及一種偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置， 本發明還涉及利用該裝置進行標定與補償的方法。
【背景技術】
[0002] 偏振探測技術在成像雷射雷達和大氣雷射雷達方面已經得到了廣泛的應用。成像 雷射雷達偏振成像技術在主動成像的基礎上，充分利用雷射的偏振信息，獲取更多更精確 的目標特徵信息。獲取的偏振圖像可以有效地區分金屬與非金屬、人造目標和自然目標等， 因而近年來雷射雷達偏振成像遙感技術引起了人們極大的關注。偏振雷射雷達用於大氣氣 溶膠探測時可以用於區分球形粒子和非球形粒子，進而判斷沙塵暴和捲雲等信息。雷射雷 達接收系統通常由望遠鏡、反射鏡或分光鏡等多片光學鏡片組成，這些光學元件通常會改 變接收光的偏振信息，最終導致退偏比或偏振態有較大的誤差。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置，解決了現有技術中存 在的偏振雷射雷達光路系統對偏振態的改變而導致測量結果有較大誤差的問題。
[0004] 本發明的另一目的在於提供偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置的標定與補償 方法。
[0005] 本發明所採用的第一種技術方案是，偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置，包括 偏振標定部分和偏振補償部分；偏振標定部分包括雷射器，雷射器的光束上依次設置有第 -
【權利要求】
1. 偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置，其特徵在於，包括偏振標定部分和偏振補償 部分； 偏振標定部分包括雷射器（1)，雷射器（1)的光束上依次設置有第-
皮片（2)、第一 波片（3)、擴束器（4)、雷射雷達系統（5)、偏振片（6)、會聚鏡（7)、能量計（8); 偏振補償部分包括旋轉控制器（9)，旋轉控制器（9)上通過電纜分別連接有第二
片（10)、第三
λ波片（11)、第：
激片（12); 偏振補償部分設置於雷射雷達系統（5)和偏振片（6)之間，第二
々皮片（10)、第=
波片（11)、第二
λ波片（12)依次設置在雷射器（1)的光束上。
2. 根據權利要求1所述的偏振雷射雷達的偏振標定與補償裝置，其特徵在於，所述偏 振片（6)的消光比不小於1000:1。
3. 偏振雷射雷達的偏振標定與補償方法，其特徵在於，採用偏振雷射雷達的偏振標定 與補償裝置，其結構為： 包括偏振標定部分和偏振補償部分； 偏振標定部分包括雷射器（1)，雷射器（1)的光束上依次設置有第-
l波片（2)、第一 波片（3)、擴束器（4)、雷射雷達系統（5)、偏振片（6)、會聚鏡（7)、能量計（8); 偏振補償部分包括旋轉控制器（9)，旋轉控制器（9)上通過電纜分別連接有第二波 片（10)、第=
λ波片（11)、第：
^波片（12); 偏振補償部分設置於雷射雷達系統（5)和偏振片（6)之間，第二
λ:波片（10)、第三
波片（11)、第二波片（12)依次設置在雷射器（1)的光束上； 偏振片（6)的消光比不小於1000:1 ; 具體按照以下步驟實施： 步驟1、雷射雷達系統（5)米勒矩陣測試； 步驟2、雷射雷達系統（5)偏振標定與補償。
4. 根據權利要求3所述的偏振雷射雷達的偏振標定與補償方法，其特徵在於，所述步 驟1的具體實施步驟為： 步驟1. 1、雷射器（1)發出線偏振雷射經過第一波片（2)、第一^λ波片（3)和擴束器 4 2 (4)進入雷射雷達系統（5)，光束從雷射雷達系統（5)出射後經過偏振片（6)、會聚鏡（7)聚 焦，由能量計（8)接收光信號； 步驟1. 2、調節第一
k波片（2)和第一
.波片（3)的角度和方位使得從雷射器（1)出
射的雷射轉變為水平振動線偏振光；該水平振動線偏振光經過擴束器（4)後進入雷射雷達 系統（5)，旋轉偏振片￠)，利用能量計（8)接收光信號，得到光束的偏振態情況，求出該光 束對應的斯託克斯矢量Sh ; 步驟1. 3、調節第一
波片（2)和第-波片（3)的角度和方位使得從雷射器（1)出 射的雷射轉變為堅直振動線偏振光；該堅直振動線偏振光經過擴束器（4)後進入雷射雷達 系統（5)，旋轉偏振片￠)，利用能量計（8)接收光信號，得到光束的偏振態情況，求出該光 束對應的斯託克斯矢量Sv ; 步驟1. 4、調節第-
λ波片（2)和第一
波片（3)的角度和方位使得從雷射器（1)出 射的雷射轉變為45°振動線偏振光；該45°振動線偏振光經過擴束器（4)後進入雷射雷達 系統（5)，旋轉偏振片（6)，利用能量計⑶接收光信號，得到光束的偏振態情況，求出該光 束對應的斯託克斯矢量S45 ; 步驟1. 5、調節第一
。波片（2)和第一
波片（3)的角度和方位使得從雷射器（1)出 射的雷射轉變為左旋圓偏振光；該左旋圓偏振光經過擴束器（4)後進入雷射雷達系統（5)， 旋轉偏振片￠)，利用能量計（8)接收光信號，得到光束的偏振態情況，求出該光束對應的 斯託克斯矢量; 步驟1. 6、將上述測試結果進行如下運算，得到雷射雷達系統（5)米勒矩陣：
A = [Cl C2 C3 C4]。
5.根據權利要求4所述的偏振雷射雷達的偏振標定與補償方法，其特徵在於，所述步 驟1. 2、所述步驟1. 3、所述步驟1. 4、所述步驟1. 5中斯託克斯矢量的計算方法具體為： a. 旋轉偏振片￠)的方位，記錄偏振片（6)在0°和90°方位時能量計（8)的數值分 別為Ix、Iy ; b. 旋轉偏振片（6)在45°方位，記錄能量計⑶的數值I45; c. 在方位為45°的偏振片（6)前方插入方位為零位的λ/4波片，並記錄能量計（8) 的數值Ια45 ; d. 利用下述公式求出出射光束對應的斯託克斯矢量S:
S = [S0 ;Si ;s2 ;s3]。
6. 根據權利要求4所述的偏振雷射雷達的偏振標定與補償方法，其特徵在於，所述步 驟2的具體實施步驟為： 步驟2. 1、根據所述步驟1. 6中得到的雷射雷達系統（5)的米勒矩陣計算雷射雷達系統 (5)米勒矩陣的逆矩陣f1 ; 步驟2. 2、利用旋轉控制器（9)分別改變第二
λ波片（10)、第三
_λ'波片（11)、第二
波片（12)的方位角，計算第二
λ波片（10)、第三
λ被片（11)、第二
λ波片（12)組成的米 勒矩陣Μ，使得Μ = ΑΛ其中廠1為步驟2. 1中得到的雷射雷達系統（5)米勒矩陣的逆矩陣； 步驟2. 3、將偏振補償部分放置於所述步驟1. 1中的雷射雷達系統（5)與偏振片（6)之 間； 步驟2. 4、重複所述步驟1. 2、所述步驟1. 3、所述步驟1. 4、所述步驟1. 5、所述步驟1. 6 得到雷射雷達系統（5)米勒矩陣A ; 步驟2. 5、根據步驟2. 4得到的雷射雷達系統（5)米勒矩陣A結合步驟2. 2得到的第二
波片（10)、第三λ波片（11)、第二λ波片（12)組成的米勒矩陣M，計算經過補償後的激 4 光雷達系統（5)的米勒矩陣Ac = ΑΧΜ ; 步驟2. 6、利用旋轉控制器（9)分別微調第二
L波片（10)、第三
λ波片（11)、第：
波片（12)的方位角，計算第二
λ波片（10)、第三
λ波片（11)、第二
λ波片（12)組成的米 勒矩陣Μ ; 步驟2. 7、重複步驟2. 4、步驟2. 6,計算經過補償後的雷射雷達系統（5)的米勒矩陣A。 = AXM，直到計算出的雷射雷達系統（5)的米勒矩陣A。為下式：
完成雷射雷達系統（5)的補償與標定。
7. 根據權利要求6所述的偏振雷射雷達的偏振標定與補償方法，其特徵在於，所述步 驟2. 2和所述步驟2. 6中計算第二波片（10)、第三#λ波片（11)、第二|λ波片（12)組成 4 4 Ζ 的米勒矩陣Μ的具體步驟為： 根據下式分別計算出第二丨人波片（10)、第三iλ波片（η)、第二叾λ波片（12)的米勒矩 4 4* Ζ 陣 Mqi、Mq2、Μη，
其中，Λ為波片的相位延遲，Θ為波片的方位角， 根據下式計算第二
λ波片（10)、第三
（波片（11)、第二
（波片（12)組成的米勒矩陣 Μ: Μ - MQ1MQ2MH〇
【文檔編號】G01S7/497GK104297744SQ201410549249
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】狄慧鴿, 華燈鑫, 閻蕾潔, 王玉峰, 汪麗, 高飛 申請人:西安理工大學