拓展单光子雷达系统的工作距离、成像分辨率、成像刷新率、点云生成速率等性能是一系列重要发展方向。传统的单光子雷达采用逐点扫描的方式，使用TCSPC技术在每个像素点累积多个激光脉冲回波信号，形成原始直方图，获得激光脉冲飞行时间。高重复频率的激光脉冲可以增加成像系统的计数率，在单位时间内形成更多的有效数据点，提高雷达系统的成像点云生成速率、分辨率、刷新率。然而，高重复频率的激光脉冲意味着较短的成像模糊距离。较低的激光重复频率和TCSPC技术所需的数个激光脉冲累积，使得远距离成像时点云生成速率较低、成像分辨率低、成像刷新率低。这种情况下，多波束单光子雷达可以提高系统的工作效率，通过多波束激光在扫描时覆盖更大的视场角，实现工作效率翻倍的效果。但是，多波束单光子雷达系统中需要多个激光器或多个探测器，增加了激光雷达的成本。

为了进一步提升单光子激光雷达远距离成像速率，吴光研究团队发展自选通单光子成像技术，使用多个高重频激光脉冲和超灵敏单光子探测技术提高回波光子计数率，通过多重频测距方法拓展成像系统的非模糊距离，在计算获得目标实际距离的同时具备自选通剔除噪点的效果，提高三维点云数据的信噪比。实验中，对200米到1200米距离目标进行了单光子三维成像，实现了高点云速率、高信噪比的三维成像，相关研究结果发表在 Optics and Lasers in Engineering 151 (2022) 106908。

图1 自选通单光子成像效果图