1.一种基于激光雷达辅助的高精度光量子快速测距系统,包含机械旋转式三维多线激光雷达和纠缠光量子测距平台,其特征在于包括以下步骤:步骤一、将激光雷达设备固定安装在量子测距平台上,并调整激光雷达出射口,使其与量子测距平台信号光路出射口位于同一竖直平面,且两个出射口垂直间距固定为d,对应到激光雷达垂直线束数为γ;
步骤二、首先在待测目标表面粘附反光材料,以便后续在激光雷达得到的数据中迅速找寻测距目标的大致方位;
步骤三、启动激光雷达,通过相连接的电脑获取点云数据,通过比较反射强度值,筛选出反射强度值较大的点集M={m1,···,mi,···,mn};
步骤四、对点集M结合对应的垂直方位角度值α确定激光雷达采集的测距目标点集L={l1,···,li,···,lN},且满足:其中,1≤i,j≤N且i≠j,dl为激光雷达对目标点的测距值,γ为系统出射口垂直间距d对应的激光雷达垂直线束数,每条垂直线束对应的角度间隔为2°,通过测距值与d的比例关系滤去目标范围之外的异常值;
步骤五、对目标点集L,通过激光雷达与量子测距平台的角度关系,由数据点的垂直角α计算出该点在量子测距平台下对应的垂直角β,并将垂直角β、水平角h和距离值dl传递给量子测距平台;垂直角α和垂直角β存在如下关系:该等式利用激光雷达和量子测距平台夹角关系推导得到;
步骤六、重复步骤五N次,根据接收到的待测点的垂直角β和水平角h,将测距点的角度值β和h分别两两求平均值,需进行 次运算,共计得到 个待测目标点,得到量子待测距目标点集Q={q1,···,qi,···,qN(N‑1)/2};
步骤七、启动量子测距平台,根据目标点集Q中各点对应的水平和垂直角度值,通过调(2)节反射镜使量子测距平台对准待测目标点,根据符合计数值n(τ)和二阶关联函数G (τ)求得时延τ,进而得到待测点的量子测距结果dq,其过程表示为:其中,T为单光子探测器采样时间;R1和R2分别为信号光路和参考光路两个单光子探测器的光子计数率,γ1和γ2分别为其暗计数率,由上式得:当Ri≥γi,i=1,2时,得:
(2)
其中,g (τ)为归一化的二阶关联函数,利用最小二乘拟合算法对得到的离散点(τ,g(2)(τ))进行曲线拟合,曲线峰值所对应的横坐标为时域测量结果,即信号光和参考光的飞行时间差,得到目标点量子测距结果为:步骤八、重复步骤六 次,得到关于目标的 个量子测距结果,分别为dq1,dq2,···,dqN(N‑1)/2;
步骤九、将得到的 个量子测距结果求取平均值,得到关于该目标的量子测距结果 表达式为:其中,
所述步骤五包括以下步骤:
步骤五(一)、:利用激光雷达测得的垂直角α求得测距点的垂直距离dl sinα,又出射口垂直间距为d,利用相似三角形原理求得激光雷达与测距点水平方向被量子测距平台与测距点连线所截线段k的长度,满足关系:2
得,k=dlsinαcosα/(dl sinα+d);
步骤五(二)、根据平行关系和被截三角形角度关系求得量子测距平台下对应的垂直角β,满足:代入k,得β=arctan[(d+dlsinα)/dlcosα];
步骤五(三)、将测距点对应的垂直角β、水平角h和距离值dl传递给量子测距平台;所述步骤六包括以下步骤:步骤六(一)、按照步骤五得到目标点集L对应的垂直角β和水平角h,共计N个点的β和h角度值;
步骤六(二)、将N个点的β和h分别两两求平均值以扩大目标测距点的数量,需进行 次运算,共计得到 个待测目标点,最终得到量子待测距目标点集Q={q1,···,qi,···,qN(N‑1)/2}。