中科院上海光機所陳衛(wèi)標研究員課題組開展了基于高速偽隨機碼調制和單光子計數的激光三維成像雷達技術的研究。這一技術兼顧了低峰值功率和高成像速度兩方面，因而可以在不損失成像速度的情況下完成系統(tǒng)的低功耗化和小型化。
圖 課題組部分成員合影
自激光問世以來，激光雷達技術迅速發(fā)展，三維成像激光雷達技術更是成為發(fā)展的主流。傳統(tǒng)的基于直接探測模式的三維成像雷達主要有兩種工作方式：
一是采用高峰值功率的單脈沖激光進行飛行時間測距，這種方法需要能產生高峰值功率、窄脈寬脈沖激光的激光器，但是激光器研制成本高，難度大，且無法小型化。
二是采用時間相關單光子計數的方法，這種方法雖然可以在低峰值功率下工作，但需要較長的凝視時間來建立光子隨時間的分布函數，因而嚴重影響成像速度。
為克服上述方法存在的問題，中國科學院上海光學精密機械研究所的陳衛(wèi)標研究員課題組開展了基于高速偽隨機碼調制和單光子計數的激光三維成像雷達技術的研究，并完成了室外環(huán)境下的驗證實驗。相關研究成果發(fā)表在Chinese Optics Letters 2016年第11期上（Y. F. Zhang, et al., Three-dimensional imaging lidarsystem based on high speed pseudorandom modulation and photon counting）。
圖 基于高速偽隨機碼調制和單光子計數的三維成像激光雷系統(tǒng)及其成像效果圖。(該系統(tǒng)兼顧了低峰值功率發(fā)射和高成像速度兩方面，并成功獲得了1.2km范圍內的目標的高分辨率三維圖像。)
基于高速偽隨機碼調制和單光子計數的激光三維成像雷達原理如下：
偽隨機碼具有尖銳的自相關性和極低的互相關性，因此通過相關運算的方法可以將淹沒在噪聲中的偽隨機編碼位置提取出來，通過計算發(fā)射脈沖串和收到脈沖串的時間間隔即可獲得目標距離，配合掃描系統(tǒng)則可獲得三維圖像。
這種方法采用低功率編碼發(fā)射和單光子接收的方式，一方面降低了對激光器峰值功率的要求，另一方面可以通過單次相關運算獲得距離值，降低凝視時間。與傳統(tǒng)方式相比，這一技術兼顧了低峰值功率和高成像速度兩方面，因而可以在不損失成像速度的情況下完成系統(tǒng)的低功耗化和小型化。
該篇論文報道了與系統(tǒng)相距1.2 km的目標的室外成像結果，獲得了高質量的三維圖像。課題組的陳衛(wèi)標研究員認為，該技術兼具靈敏度高和成像速率快的優(yōu)勢，特別適合遠距離激光三維成像和探測，具有非常好的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
后續(xù)工作旨在實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化、低功耗化以及相應算法的改進，進一步提升在高噪聲情況下成像的信噪比。
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