[發明專利]相干激光測高頻率解調電路

有效

• 申請號: 200710040090.7
• 申請日: 2007-04-27
• 公開（公告）號: CN101051085A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 尚建華;賀巖;楊馥;陳衛標;崔雪梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及光電信號，特別是一種相干激光測高頻率解調電路，它是一種采用各種電子學器件實現相干激光測高頻率解調的電路。

背景技術

隨著相干激光測高技術的飛速發展，它已具有通常方法無法達到的精度和靈敏度，其高信噪比、高分辨靈敏度等特點使其越來越受到關注，從而在對地觀測和深空探測中得到了廣泛的應用。

相干激光測高技術的發展，不僅取決于激光技術本身的長期發展，同時還取決于各種新方法的產生和器件的快速發展。多普勒頻率的準確、穩定且簡單的相干檢測方法對實現有效測距起到至關重要的作用。同時，可以根據得到的相應數據對地表面情況進行描述，進而重現地形特征。

相干激光測高的工作原理，即系統發射單縱模連續激光作為載波信號后，再將其斬波為脈沖信號，并將啁啾信號調制到該激光束上，發射該激光脈沖到地面上，最后由系統接收回波，進行時間—頻率轉換，從而得到所需的距離信息。

距離高度的測量方式分為脈沖間隔測量法、直接探測法和相干探測法三種。脈沖間隔測量方法是利用測量脈沖的飛行時間間隔來獲取距離信息。直接探測方法是通過調節發射機的發射頻率，直接探測回波信號，利用發射信號和接收信號之間的頻率差推算出時間延遲，從而獲得距離信息。相干探測方法則是在直接探測的基礎上引入一束參考光束相干而進行測量的方法。

相對脈沖間隔測量會因激光的高峰值功率、短脈沖、高功率引起的激光器壽命縮短的缺點而言，相干探測采用低峰值功率、長脈沖進行探測，降低了對激光器工作壽命的影響；相對直接探測時所引發的低信噪比問題而言，相干探測顯著提高了接收信號的信噪比，從而提高了距離的測量精度。鑒于以上所述的原因，相干探測比其他兩種探測方式更具有優勢，因而采用相干探測進行距離高精度測量。

美國是最早開展相干激光測高研究的國家，在相干激光測高方面的研制和應用上處于世界領先地位。在1971年—1972年的阿波羅探月工程中最早使用激光高度計。1994年發射了星載探月激光高度計克萊芒蒂娜。1996年又發射了星載火星觀測激光高度計。2003年發射了星載地球科學激光高度計。

我國在“十五”期間，上海光機所和安徽光機所也開展了相干激光測高的研究。在2002年啟動的“嫦娥”探月工程中搭載了激光高度計，用于月球表面的三維測量，是我國自主研發的首個主動激光探測儀器。

發明內容

本發明的目的就是要提供一種相干激光測高頻率解調電路，以減少系統的體積。該電路應具有實時頻率解調、產生啁啾信號、聲光調制驅動的功能和連續測量、結構簡單、操作簡便、成本低的優點。

本發明的技術解決方案如下：

一種相干激光測高頻率解調電路，特征在于其構成包括：

一光電探測器，該光電探測器的輸出端接高通濾波器，該高通濾波器的輸出端接第一混頻器的一個輸入端；

一信號發生器的輸出端接啁啾信號發生器的輸入端，該啁啾信號發生器的輸出端接第一混頻器的另一個輸入端；

所述的第一混頻器的輸出端接第一低通濾波器，該第一低通濾波器的輸出分為兩路：一路接第二混頻器的一個輸入端，另一路接第三混頻器的一個輸入端；

本地振蕩器的輸出端經90°移相器接第二混頻器的另一輸入端，該第二混頻器的輸出端經第二低通濾波器接數據采集卡；

本地振蕩器的輸出端接第三混頻器的另一輸入端，該第三混頻器的輸出端經第三低通濾波器接所述的數據采集卡；

本地振蕩器的晶體振蕩器輸出信號經本地振蕩器中的低通濾波器后得到的輸出作為聲光調制器的驅動源。

本發明相干激光測高頻率解調電路的工作過程：

光電探測器接收含有距離信息的光信號，其輸出的電信號經高通濾波器作用后，與啁啾信號發生器輸出信號共同通過第一混頻器作用，再經第一低通濾波器作用得到輸出信號。該輸出信號又分為兩路，一路與本地振蕩器輸出信號通過第一混頻器作用后再通過第二低通濾波器輸出到數據采集卡，另一路與經過90°移相的本地振蕩器輸出信號通過第二混頻器作用后再通過第三低通濾波器輸出到數據采集卡。其中，啁啾信號發生器的輸入信號由信號發生器提供。同時，將本地振蕩器中的晶體振蕩器輸出信號經本地振蕩器中的低通濾波器后得到的輸出信號作為AOM的驅動源。

所述的光電探測器為PIN光電二極管(P-type?intrinsic?N-type?PhotoDiode，以下簡稱為PIN光電二極管)。

所述的本地振蕩器由55MHz的晶體振蕩器和通帶頻率為55MHz的帶通濾波器組成。

所述的90°移相由芯片及同軸電纜構成。