本发明涉及激光雷达技术领域，更具体的说，涉及一种连续编码激光雷达系统及其剩余空间光(简称剩余光)再利用方法。
背景技术：
无论是技术应用还是深空探索，传统的脉冲雷达因为稳定性差、功耗高、设备冗杂和操作困难等原因，在一些领域正在被稳定性更好、功耗低、设备集成度高的连续雷达所取代。本文就连续雷达中伪随机编码连续波雷达的剩余光部分提出了一种可行的利用方案，使得该系统的能量利用率得到有效提高，连续光的能量大部分能被用于实际探测。
伪随机编码连续波雷达利用电光调制器，对连续波空间光进行类似二进制01的伪随机编码，使得发射机的出射光含有编码信息，再利用对应反码对回波信号进行解码实现距离分辨的探测。但是，现有技术中不能利用剩余光进行探测。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种连续编码激光雷达系统及其剩余空间光再利用方法，实现了剩余光的再利用，并且实现了连续波被完全利用的双向距离分辨探测。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种连续编码激光雷达系统的剩余空间光再利用方法，所述连续编码激光雷达系统至少包括：电光调制器、采集和处理计算机、剩余光发射控制装置、剩余光接收装置、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器；
所述剩余空间光再利用方法包括：
通过所述电光调制器实现连续波调制，获得剩余光的编码bi与伪随机m序列的编码ai之间满足的互补关系；
通过所述采集和处理计算机，利用所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系，建立作用于所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性；
通过所述采集和处理计算机，利用所述剩余光与伪随机m序列匹配的随机特性，对所述剩余光的回波信号sn进行计算，得到高度分辨反演公式；
利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光的发射方向，使得剩余光打在探测目标的同时与主光分开，剩余光与主光在视场不存在重合部分；
利用所述剩余光接收装置接收所述回波信号sn，利用所述光电转换装置将所述回波信号sn转换为电信号后，发送给所述采集设备；其中，利用所述数字延迟发生器，使得所述电光调制器的ttl信号的发射和所述采集设备的采集同步进行，得到发射光编码时间序列一一对应的所述回波信号sn；
通过所述采集和处理计算机，根据所述高度分辨反演公式，对含有编码信息的所述回波信号sn进行计算，获得具有高度分辨信息的反演结果rn，完成距离分辨探测。
优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，所述连续编码激光雷达系统包括连续波激光器，获取所述编码bi与所述编码ai互补关系的方法包括：
通过所述连续波激光器输出连续光；
在使用所述电光调制器对所述连续光进行伪随机m序列编码时，当编码为0，所述连续光由于偏振角度改变了90°，所述连续光通过所述电光调制器的偏振分光棱镜导出主光路，通过所述剩余光发射控制装置反射后出射，形成剩余光；
其中，如果主光的伪随机m序列为1，所述连续光通过所述电光调制器，剩余光的强度为0，所述编码bi为0，如果主光的伪随机m序列为0，所述连续光改变偏振角度，被所述偏振分光棱镜完全折射，剩余光的强度与入射光相同，所述编码bi为1，由此获得所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系。
优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，所述编码ai为伪随机m序列，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性的方法包括：
利用所述编码ai的伪随机特性、以及所述编码bi与所述编码ai的之间的互补关系，建立对应所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性。
优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，得到高度分辨反演公式的方法包括：
利用所述编码bi以及所述反码b′i与伪随机m序列匹配的伪随机特性，在计算所述回波信号sn时，利用所述反码b′i与所述回波信号sn的卷积求和的反演算法获取高度信息，得到所述高度分辨反演公式。
优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光发射方向的方法包括：
所述剩余光发射控制装置包括反射镜组，通过控制电机控制所述反射镜组的方向，以控制剩余光发发射方向，将剩余光反射到目标位置，使得剩余光与主光分开，在视场不存在重合部分。
优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，所述连续编码激光雷达系统包括主光接收装置，所述剩余空间光再利用方法还包括检测主光与剩余光是否分开，检测主光与剩余光是否分开的方法包括：如果主光与剩余光分开，遮挡主光，发射剩余光，在所述主光接收装置中背景信号不变，遮挡剩余光，发射主光，在所述剩余光接收装置中背景信号不变。
优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，所述连续编码激光雷达系统包括用于转换所述回波信号sn的第一光电转换装置，所述剩余光接收装置包括第一望远镜；
所述采集设备采集信号的方法包括：
通过所述第一望远镜接收剩余光的回波信号sn，所述回波信号sn通过光纤导入所述第一光电转换装置，在所述第一光电转换装置中，通过第一窄带滤光片去除背景光，汇聚到第一光电倍增管靶面上，转换为电信号，通过数据线将所述电信号传输到所述采集设备；
其中，利用所述数字延迟发生器增加时间延迟，并产生脉冲，将连续波编码激光雷达系统的触发和所述采集设备的触发同步，使得伪随机m序列、编码bi、回波信号sn三者在时间上达到一致。
优选的，在上述的剩余空间光再利用方法中，获得反演结果rn的方法包括：
将所述回波信号sn与所述编码bi顺序一一对应，利用所述高度分辨反演公式，进行解码和计算，以得到对应各个高度的所述反演结果rn，从而实现光电调制的连续波编码激光雷达系统的剩余空间光再利用。
本发明还提供了一种连续编码激光雷达系统，包括：
电光调制器、采集和处理计算机、剩余光发射控制装置、剩余光接收装置、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器；
所述电光调制器用于实现连续波调制，获得剩余光的编码bi与伪随机m序列的编码ai之间满足的互补关系；
所述采集和处理计算机用于利用所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系，建立作用于所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性，利用所述剩余光与伪随机m序列匹配的随机特性，对所述剩余光的回波信号sn进行计算，得到高度分辨反演公式；
所述剩余光反射装置用于控制剩余光的发射方向，使得剩余光打在探测目标的同时与主光分开，剩余光与主光在视场不存在重合部分；
所述剩余光接收装置用于接收所述回波信号sn；
所述光电转换装置用于将所述回波信号sn转换为电信号；
所述采集设备用于获取所述电信号；
所述数字延迟发生器用于使得所述电光调制器的ttl信号的发射和所述采集设备的采集同步进行，得到发射光编码时间序列一一对应的所述回波信号sn；
其中，所述采集和处理计算机还用于获取所述电信号，根据所述高度分辨反演公式，对含有编码信息的所述回波信号sn进行计算，获得具有高度分辨信息的反演结果rn，完成距离分辨探测。
优选的，在上述的连续编码激光雷达系统中，所述连续编码激光雷达系统包括用于转换所述回波信号sn的第一光电转换装置，所述剩余光接收装置包括第一望远镜；
所述第一望远镜用于接收剩余光的回波信号sn，所述回波信号sn通过光纤导入所述第一光电转换装置；
所述第一光电转换装置包括：第一窄带滤光片以及第一光电倍增管，所述第一窄带滤光片用于去除所述回波信号sn中的背景光，所述第一光电倍增管用于将去除背景光后的所述回波信号sn转换为电信号，通过数据线将所述电信号传输到所述采集设备；
其中，利用所述数字延迟发生器增加时间延迟，并产生脉冲，将连续波编码激光雷达系统的触发和所述采集设备的触发同步，使得伪随机m序列、编码bi、回波信号sn三者在时间上达到一致。
通过上述描述可知，本发明实施例提供的连续编码激光雷达系统及其剩余空间光再利用方法中，对连续波编码激光雷达剩余空间光再利用提出了解决方案，利用电光调制器对连续光编码的实现原理，获取与主光调制编码互补的剩余空间光，建立新的剩余光反码后利用该剩余光进行探测，能使激光光源产生的连续光几乎全部被应用于探测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种连续编码激光雷达系统的剩余空间光再利用方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种长度为127的伪随机m序列编码示意图；
图3本发明实施例通过电光调制器获得剩余光的原理示意图；
图4为本发明所提到的主光光强和剩余光光强经编码后的关系示意图；
图5为本发明实施例提供的电光调制的连续波编码激光雷达剩余空间光再利用系统结构示意图；
图6为本发明实施例提供的控制流程图；
图7为本发明实施例对可能的信号进行数值模拟计算得到反演结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
电光调制器实现连续波调制原理：主要结构为电压放大器、电光晶体和偏振分光棱镜三个部分。通过电压放大器，将低压ttl调制信号变为高压施加在电光晶体上，由于电光效应，入射光平行电场方向的y分量与垂直电场方向的x分量形成一个相位差。调整电压大小，可以使得相位差恰为180°，此时如果入射光是全偏光且与电场方向成45°角，得到出射光则恰好与入射光偏振90°角，利用偏振分光棱镜，可以将电光调制后的光束和原光束分开，从而实现与ttl信号一致的连续波01编码调制。
伪随机编码，是一种具有随机性质的特定序列。该系统中使用的最长线性反馈移位寄存器序列(m序列)，是一种二进制01序列，其长度满足公式l＝2n-1(n为任意正整数)，是使用较为广泛的一种序列，类似随机信号，伪随机m序列满足公式：
公式中n等于ai编码的长度l，满足上文中l的公式；式中a为伪随机m序列编码，a′为a编码的反码，ai k表示第i k个a编码，a′i表示第i个ai编码，当i k超过编码范围时，取n的余数做下标，即k表示编码的首位相接的平移量。故φaa′(k)表示随机m序列编码a平移k个编码后与其原编码反码卷积值。
利用伪随机m序列的伪随机特性，在计算过程中关注某一高度的回波信息时，可以用一定的反演算法除去其他高度的信息从而实现高度分辨。然而，由于01随机m序列的限制，导致有接近一半时间内连续光会在电光调制器中被调制为0，无法用于实际探测，导致能量利用率低下。调制为0的这些光能量只是通过偏振分光棱镜被反射到了光路的其他位置，被光路陷阱器挡住，并没有被吸收，称之为剩余光。这些剩余光不被使用是极大的浪费，所以本发明主要针对如何使用剩余光的问题，提出了一种基于电光调制的连续编码激光雷达系统及其剩余空间光利用方法，通过原编码与剩余光之间互补的关系，实现距离分辨的探测。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种连续编码激光雷达系统的剩余空间光再利用方法的流程图。其中，所述连续编码激光雷达系统至少包括：电光调制器、采集和处理计算机、剩余光发射控制装置、剩余光接收装置、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器。
如图1所示，所述剩余空间光再利用方法包括：
步骤s11：通过所述电光调制器实现连续波调制，获得剩余光的编码bi与伪随机m序列的编码ai之间满足的互补关系。
本发明实施例中，所述连续编码激光雷达系统包括连续波激光器，获取所述编码bi与所述编码ai互补关系的方法包括：
通过所述连续波激光器输出连续光。
在使用所述电光调制器对所述连续光进行伪随机m序列编码时，当编码为0，所述连续光由于偏振角度改变了90°，所述连续光通过所述电光调制器的偏振分光棱镜导出主光路，通过所述剩余光发射控制装置反射后出射，形成剩余光；其中，如果主光的伪随机m序列为1，所述连续光通过所述电光调制器，剩余光的强度为0，所述编码bi为0，如果主光的伪随机m序列为0，所述连续光改变偏振角度，被所述偏振分光棱镜完全折射，剩余光的强度与入射光相同，所述编码bi为1，由此获得所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系。其中，所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系为：bi ai＝1。
步骤s12：通过所述采集和处理计算机，利用所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系，建立作用于所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性。
本发明实施例中，所述编码ai为伪随机m序列，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性的方法包括：
利用所述编码ai的伪随机特性、以及所述编码bi与所述编码ai的之间的互补关系，建立对应所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性。需要说明的是，该伪随机特性可以是相同或是相似的伪随机特性。
步骤s13：通过所述采集和处理计算机，利用所述剩余光与伪随机m序列匹配的随机特性，对所述剩余光的回波信号sn进行计算，得到高度分辨反演公式。
本发明实施例中，得到高度分辨反演公式的方法包括：
利用所述编码bi以及所述反码b′i与伪随机m序列匹配的伪随机特性，在计算所述回波信号sn时，利用所述反码b′i与所述回波信号sn的卷积求和的反演算法获取高度信息，得到所述高度分辨反演公式。
步骤s14：利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光的发射方向，使得剩余光打在探测目标的同时与主光分开，剩余光与主光在视场不存在重合部分。
本发明实施例中，利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光发射方向的方法包括：
所述剩余光发射控制装置包括反射镜组，通过控制电机来控制所述反射镜组的方向，以控制剩余光发射方向，将剩余光反射到目标位置，使得剩余光与主光分开，在视场不存在重合部分。
其中，所述连续编码激光雷达系统包括主光接收装置，所述剩余空间光再利用方法还包括检测主光与剩余光是否分开，检测主光与剩余光是否分开的方法包括：如果主光与剩余光分开，则遮挡主光，发射剩余光，在所述主光接收装置中背景信号不变，否则遮挡剩余光，发射主光，在所述剩余光接收装置中背景信号不变。
步骤s15：利用所述剩余光接收装置接收所述回波信号sn，利用所述光电转换装置将所述回波信号sn转换为电信号后，发送给所述采集设备；其中，利用所述数字延迟发生器，使得所述电光调制器的ttl信号的发射和所述采集设备的采集同步进行，得到发射光编码时间序列一一对应的所述回波信号sn。其中，该采集设备可以为光子计数器或是采集卡，ttl信号可以通过触发。
本发明实施例中，所述连续编码激光雷达系统包括用于转换所述回波信号sn的第一光电转换装置，所述剩余光接收装置包括第一望远镜。
所述采集设备采集信号的方法包括：
通过所述第一望远镜接收剩余光的回波信号sn，所述回波信号sn通过光纤导入所述第一光电转换装置，在所述第一光电转换装置中，通过第一窄带滤光片去除背景光，汇聚到第一光电倍增管靶面上，转换为电信号，通过数据线将所述电信号传输到所述采集设备。其中，第一窄带滤光片可以是窄带滤光片或f-p(法布里-珀罗)干涉滤光片。
其中，利用所述数字延迟发生器增加时间延迟，并产生脉冲，将连续波编码激光雷达系统的触发和所述采集设备的触发同步，使得伪随机m序列、编码bi、回波信号sn三者在时间上达到一致。
步骤s16：通过所述采集和处理计算机，根据所述高度分辨反演公式，对含有编码信息的所述回波信号sn进行计算，获得具有高度分辨信息的反演结果rn，完成距离分辨探测。
本发明实施例中，获得反演结果rn的方法包括：
将所述回波信号sn与所述编码bi顺序一一对应，利用所述高度分辨反演公式，进行解码和计算，以得到对应各个高度的所述反演结果rn，从而实现光电调制的连续波编码激光雷达系统的剩余空间光再利用。
本发明实施例中，前述的伪随机m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，可以通过n级反馈移位寄存器产生，其在通信领域有着广泛的应用，故不再多做解释。以长度为127的伪随机m序列为例，其主光编码ai、剩余光编码bi、反码b′i和反码卷积φbb′，如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种长度为127的伪随机m序列编码示意图。
其中，获得剩余光的方法可以如图3所示，图3本发明实施例通过电光调制器获得剩余光的原理示意图。在图3所示方式中，y方向完全偏振的连续激光以和晶体内电场呈45°角的方向入射，此时y方向完全偏振的光束可被视为左右两个方向同相位的分量之和。在连续激光通过电光晶体时，在电压方向的红色分量由于受到电光效应，其相位发生延后。调整电压，使得在连续激光通过电光晶体时，红色分量的相位恰好延迟180°，则此时通过电光晶体的激光的偏振为x方向，与入射光偏振方向垂直。当晶体上被施加该特定电压时，出射激光偏振状态如①所示，当晶体上没有被施加该特定电压时，出射激光偏振状态如②所示。
上述提到的主光即为沿①方向传播的受电光晶体调制激光，上述提到的剩余光即为沿②方向传播的受电光晶体调制激光。
利用电光调制器实现连续波调制原理，在没有光损失的理想状态下，偏振分光棱镜的透射光强度与折射光强度之和应该与入射光强度相等。根据这种关系，如果主光的伪随机m序列为1时，连续光将顺利通过电光调制器，剩余光强度为0，此时可剩余光序列bi编码为0；同样的，如果主光的伪随机m序列为0时，连续光改变偏振角度，被偏振分光棱镜完全折射，剩余光强度与入射光相同，此时可剩余光序列bi编码为1。由此得到剩余光序列bi与伪随机m序列编码ai之间满足互补关系。
如图4所示，图4为本发明所提到的主光光强和剩余光光强经编码后的关系示意图。根据电光调制器实现连续波调制原理，主光编码ai与剩余光编码bi满足互补关系：bi ai＝1
本发明实施例中，利用伪随机m序列的编码ai和其反码a′i满足公式：
a′i＝2·ai-1
利用剩余光的反码b′i＝2·bi-1＝2·(1-ai)-1＝1-2·ai＝-a′i时可以得到如下公式，满足伪随机特性：
假设gj为在高度为hj＝j·c·t/2n处对单位功率(1w)的发射激光的回波信号强度，bg为背景噪声，短时间内可作常数，则第n个编码时间内接收的回波信号sn为：
利用接收信号进行计算得到最终具有高度分辨信息的反演结果rn，表示反演结果rn的高度分辨反演公式为：
其中an为伪随机m序列的编码，a′n为伪随机m序列的反码，bi为剩余光的编码，b′i为剩余光的反码，n为编码总长度，t为编码总周期的时长，p为连续激光发射功率。
通过上述描述可知，本发明实施例提供的剩余空间光再利用方法中，对连续波编码激光雷达剩余空间光再利用提出了解决方案，利用电光调制器对连续光编码的实现原理，获取与主光调制编码互补的剩余空间光，建立新的剩余光反码后利用该剩余光进行探测，在一定情况下能使激光光源产生的连续光几乎全部被应用于探测。
基于上述实施例，本发明另一个实施例还提供了一种连续编码激光雷达系统，如图5和图6所示，图5为本发明实施例提供的一种连续编码激光雷达系统结构示意图，图6为本发明实施例提供的控制流程图。如图中所示，具有数字延迟发生器1，编码发生器2，高频电压放大器3，连续激光光源4，电光调制器5，主光发射控制装置6，剩余光发射控制装置7，大气及探测目标8，主光接收装置9，第一光电转换装置13，第一采集设备11，剩余光接收装置12，第二光电转换装置10，第二采集设备14，采集和处理计算机15。
其中，所述连续编码激光雷达系统包括：
电光调制器5、采集和处理计算机11、剩余光发射控制装置7、剩余光接收装置12、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器1。
所述电光调制器5用于实现连续波调制，获得剩余光的编码bi与伪随机m序列的编码ai之间满足的互补关系。
所述采集和处理计算机15用于利用所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系，建立作用于所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性，利用所述剩余光与伪随机m序列匹配的随机特性，对所述剩余光的回波信号sn进行计算，得到高度分辨反演公式。
所述剩余光发射控制装置7用于控制剩余光的发射方向，使得剩余光打在探测目标的同时与主光分开，剩余光与主光在视场不存在重合部分。
所述剩余光接收装置12用于接收所述回波信号sn。
所述光电转换装置用于将所述回波信号sn转换为电信号。
所述采集设备用于获取所述电信号。
所述数字延迟发生器1用于使得所述电光调制器5的ttl信号的发射和所述采集设备的采集同步进行，得到发射光编码时间序列一一对应的所述回波信号sn。
其中，所述采集和处理计算机15还用于获取所述电信号，根据所述高度分辨反演公式，对含有编码信息的所述回波信号sn进行计算，获得具有高度分辨信息的反演结果rn，完成距离分辨探测。
本发明实施例中，所述连续编码激光雷达系统包括用于转换所述回波信号sn的第一光电转换装置10，所述剩余光接收装置包括第一望远镜。
所述第一望远镜用于接收剩余光的回波信号sn，所述回波信号sn通过光纤导入所述第一光电转换装置13。
所述第一光电转换装置13包括：第一窄带滤光片18以及第一光电倍增管16，所述第一窄带滤光片18用于去除所述回波信号sn中的背景光，所述第一光电倍增管16用于将去除背景光后的所述回波信号sn转换为电信号，通过数据线将所述电信号传输到所述采集设备。
本发明实施例中，利用所述数字延迟发生器1增加时间延迟，并产生脉冲，将连续波编码激光雷达系统的触发和所述采集设备的触发同步，使得伪随机m序列、编码bi、回波信号sn三者在时间上达到一致。
其中，所述数字延迟发生器1用于控制总系统的时序。利用仪器内部预设的参考频率以及序列周期时间产生总系统的电压触发信号，经过一定延迟后通过不同的通道传输到编码发生器2和采集设备11和14中，实现该系统的发射过程和采集过程在时间上保持时刻同步，从而保证每个编码时间一一对应。
所述编码发生器2在接收到数字延迟发生器1传输的电压信号后，根据可编程芯片内预先设定的伪随机m序列01编码和周期时间产生一定次数周期重复循环的伪随机m序列ttl电压信号，用于高频电压放大器触发。
所述高频电压放大器3和电光调制器5为连续激光光强调制模块，高频电压放大器3根据编码发生器2的ttl电压信号控制电光调制器5中的晶体所加的电压，实现对连续激光光源5透射光的开关门即进行光强调制。
所述连续激光光源4经过电光调制器5光强调制后，主光从激光发射控制装置6发射到大气及探测目标8中，从电光调制器5发出的剩余光经过激光剩余光发射控制装置7发射到大气及探测目标8中。其中，主光和剩余光分别进入大气及探测目标8，形成各自回拨信号。
所述主光接收装置9用于接收主光在大气及探测目标8的近地面米散射、瑞利散射和高空探测目标钠荧光的回波信号，通过光纤导入第二光电转换装置10。
所述剩余光接收装置12用于接收剩余光在大气及探测目标8的近地面米散射、瑞利散射和高空探测目标钠荧光的回波信号，通过光纤导入第一光电转换装置13。
所述第二光电转换装置10用于将主光接收装置9接收的主光回波信号转换成第一采集设备11可以识别的电压信号，其结构与第一光电转换装置13相同。
所述第一光电转换装置13用于将剩余光接收装置12接收的剩余光回波信号转换成第二采集设备14可以识别的电压信号。
所述第一采集设备11和第二采集设备14用于计数每个距离门时间内电压脉冲信号累计计数，当接收到数字延迟发生器1传输的触发电压信号后开始连续采集，直到预先设定的多个编码周期时长后结束，结束后将记录的光子脉冲从采集卡传输到采集和处理计算机15中，清空采集卡中储存的数据并等待下一次触发信号进行下一次的回波信号采集与记录。
所述采集和处理计算机15用于记录采集到的回波信号以及从连续的回波信号中利用伪随机m序列反码反演计算出分辨距离的反演信号，其次，通过对接收信号和反演信号的计算，可以判定系统是否正常，其次还用于数字延迟发生器1对总系统的触发。
本发明实施例中，对时序控制是通过数字延迟发生器1、编码发生器2、高频电压放大器3、第一采集设备11和第二采集设备14、采集和处理计算机15来共同完成，如图6所示，实线箭头是光信号，虚线箭头是电信号，剩余光的具体控制方法与伪随机编码连续波雷达的主光相同，时序也相同，不再赘述。
另外，还基于本发明实施例的上述方案进行了数值模拟，如图7所示，图7为本发明实施例对可能的信号进行数值模拟计算得到反演结果示意图。在图7所示方式中，第一行第一个图表示系统输入的理想信号，第二个图表示n＝127主光接收信号，第三个图表示n＝127主光反演信号，第二行第一个图表示系统输入的理想信号，第二个图表示n＝127剩余光接收信号，第三个图表示n＝127剩余光反演信号，其中，31和33表示理想结果，32和34表示含光学噪声的结果。该模拟中利用激光雷达方程给出了探测过程中可能得到的理想信号，通过模拟伪随机m序列的调制并与理想信号进行卷积，得到了主光和剩余光的回波信号，再对主光和剩余光的回波信号进行解码后得到含有高度分辨的反演结果(含有背景噪声和仪器误差等)。由于反演方法的原因，剩余光反演结果的背景信号为负值，所以该方法无法对需要保留背景信号的探测实验所使用，存在一定局限性。
由此可知，本发明实施例提供的连续编码激光雷达系统及其剩余空间光再利用方法中，对连续波编码激光雷达剩余空间光再利用提出了解决方案，利用电光调制器对连续光编码的实现原理，获取与主光调制编码互补的剩余空间光，建立新的剩余光反码后利用该剩余光进行探测，在一定情况下能使激光光源产生的连续光几乎全部被应用于探测。
本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
需要说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种连续编码激光雷达系统的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述连续编码激光雷达系统至少包括：电光调制器、采集和处理计算机、剩余光发射控制装置、剩余光接收装置、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器；
所述剩余空间光再利用方法包括：
通过所述电光调制器实现连续波调制，获得剩余光的编码bi与伪随机m序列的编码ai之间满足的互补关系；
通过所述采集和处理计算机，利用所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系，建立作用于所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性；
通过所述采集和处理计算机，利用所述剩余光与伪随机m序列匹配的随机特性，对所述剩余光的回波信号sn进行计算，得到高度分辨反演公式；
利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光的发射方向，使得剩余光打在探测目标的同时与主光分开，剩余光与主光在视场不存在重合部分；
利用所述剩余光接收装置接收所述回波信号sn，利用所述光电转换装置将所述回波信号sn转换为电信号后，发送给所述采集设备；其中，利用所述数字延迟发生器，使得所述电光调制器的ttl信号的发射和所述采集设备的采集同步进行，得到发射光编码时间序列一一对应的所述回波信号sn；
通过所述采集和处理计算机，根据所述高度分辨反演公式，对含有编码信息的所述回波信号sn进行计算，获得具有高度分辨信息的反演结果rn，完成距离分辨探测。
2.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述连续编码激光雷达系统包括连续波激光器，获取所述编码bi与所述编码ai互补关系的方法包括：
通过所述连续波激光器输出连续光；
在使用所述电光调制器对所述连续光进行伪随机m序列编码时，当编码为0，所述连续光由于偏振角度改变了90°，所述连续光通过所述电光调制器的偏振分光棱镜导出主光路，通过所述剩余光发射控制装置反射后出射，形成剩余光；
其中，如果主光的伪随机m序列为1，所述连续光通过所述电光调制器，剩余光的强度为0，所述编码bi为0，如果主光的伪随机m序列为0，所述连续光改变偏振角度，被所述偏振分光棱镜完全折射，剩余光的强度与入射光相同，所述编码bi为1，由此获得所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系。
3.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述编码ai为伪随机m序列，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性的方法包括：
利用所述编码ai的伪随机特性、以及所述编码bi与所述编码ai的之间的互补关系，建立对应所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性。
4.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，得到高度分辨反演公式的方法包括：
利用所述编码bi以及所述反码b′i与伪随机m序列匹配的伪随机特性，在计算所述回波信号sn时，利用所述反码b′i与所述回波信号sn的卷积求和的反演算法获取高度信息，得到所述高度分辨反演公式。
5.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，利用所述剩余光发射控制装置控制剩余光发射方向的方法包括：
所述剩余光发射控制装置包括反射镜组，通过控制电机来控制所述反射镜组的方向，以控制剩余光发射方向，将剩余光反射到目标位置，使得剩余光与主光分开，在视场不存在重合部分。
6.根据权利要求5所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述连续编码激光雷达系统包括主光接收装置，所述剩余空间光再利用方法还包括检测主光与剩余光是否分开，检测主光与剩余光是否分开的方法包括：如果主光与剩余光分开，则遮挡主光，发射剩余光，在所述主光接收装置中背景信号不变，否则遮挡剩余光，发射主光，在所述剩余光接收装置中背景信号不变。
7.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，所述连续编码激光雷达系统包括用于转换所述回波信号sn的第一光电转换装置，所述剩余光接收装置包括第一望远镜；
所述采集设备采集信号的方法包括：
通过所述第一望远镜接收剩余光的回波信号sn，所述回波信号sn通过光纤导入所述第一光电转换装置，在所述第一光电转换装置中，通过第一窄带滤光片去除背景光，汇聚到第一光电倍增管靶面上，转换为电信号，通过数据线将所述电信号传输到所述采集设备；
其中，利用所述数字延迟发生器增加时间延迟，并产生脉冲，将连续波编码激光雷达系统的触发和所述采集设备的触发同步，使得伪随机m序列、编码bi、回波信号sn三者在时间上达到一致。
8.根据权利要求1所述的剩余空间光再利用方法，其特征在于，获得反演结果rn的方法包括：
将所述回波信号sn与所述编码bi顺序一一对应，利用所述高度分辨反演公式，进行解码和计算，以得到对应各个高度的所述反演结果rn，从而实现光电调制的连续波编码激光雷达系统的剩余空间光再利用。
9.一种连续编码激光雷达系统，其特征在于，包括：
电光调制器、采集和处理计算机、剩余光发射控制装置、剩余光接收装置、光电转换装置、采集设备以及数字延迟发生器；
所述电光调制器用于实现连续波调制，获得剩余光的编码bi与伪随机m序列的编码ai之间满足的互补关系；
所述采集和处理计算机用于利用所述编码bi与所述编码ai之间的互补关系，建立作用于所述编码bi的反码b′i，使得所述编码bi与所述反码b′i能够获得与伪随机m序列匹配的伪随机特性，利用所述剩余光与伪随机m序列匹配的随机特性，对所述剩余光的回波信号sn进行计算，得到高度分辨反演公式；
所述剩余光反射装置用于控制剩余光的发射方向，使得剩余光打在探测目标的同时与主光分开，剩余光与主光在视场不存在重合部分；
所述剩余光接收装置用于接收所述回波信号sn；
所述光电转换装置用于将所述回波信号sn转换为电信号；
所述采集设备用于获取所述电信号；
所述数字延迟发生器用于使得所述电光调制器的ttl信号的发射和所述采集设备的采集同步进行，得到发射光编码时间序列一一对应的所述回波信号sn；
其中，所述采集和处理计算机还用于获取所述电信号，根据所述高度分辨反演公式，对含有编码信息的所述回波信号sn进行计算，获得具有高度分辨信息的反演结果rn，完成距离分辨探测。
10.根据权利要求9所述的连续编码激光雷达系统，其特征在于，所述连续编码激光雷达系统包括用于转换所述回波信号sn的第一光电转换装置，所述剩余光接收装置包括第一望远镜；
所述第一望远镜用于接收剩余光的回波信号sn，所述回波信号sn通过光纤导入所述第一光电转换装置；
所述第一光电转换装置包括：第一窄带滤光片以及第一光电倍增管，所述第一窄带滤光片用于去除所述回波信号sn中的背景光，所述第一光电倍增管用于将去除背景光后的所述回波信号sn转换为电信号，通过数据线将所述电信号传输到所述采集设备；
其中，利用所述数字延迟发生器增加时间延迟，并产生脉冲，将连续波编码激光雷达系统的触发和所述采集设备的触发同步，使得伪随机m序列、编码bi、回波信号sn三者在时间上达到一致。
技术总结