水下光子计数三维成像激光雷达系统研制及实验验证

摘要

水下三维成像激光雷达在海洋资源开发中具有重要作用，但现有系统普遍存在体积庞大、功耗高等问题。基于此提出一种基于光子计数技术的小型化解决方案，采用单点测距与二维扫描结合的三维成像方案，研发紧凑型水下光子计数三维成像激光雷达。通过优化光路与机械设计，研制出直径165 mm、长340 mm的小型化系统，显著提升便携性与水下适应性；基于现场可编程门阵列(FPGA)设计双轴同步扫描控制方法，实现纳秒级扫描精度，确保发射脉冲与被测目标点精准匹配。在实验室水槽验证了系统具有明显优于3.1个衰减长度的探测能力。利用该系统对推进器模型进行水下三维成像，验证了系统具有厘米级的测距精度，其兼容性强，可集成于多种水下移动平台，在海底地形测绘、水下文化遗产探测、水下目标识别等领域具有应用潜力和发展前景。

关键词

水下探测 / 三维成像 / 激光雷达 / 小型化

基金资助

国家重点研发计划(2022YFC2807202、2021YFB3901304); 国家自然科学基金(62401306、12204260); 山东省自然科学基金(ZR2021QF055、ZR202110060024、ZR2022MD068、ZR2021QF015); 山东省重点研发计划(2022CXPT020、2022JMRH0102); 山东省高等学校青年创新科技计划项目(2023KJ326)