[發明專利]基于啁啾調制機理的激光雷達

無效

• 申請號: 201210005332.X
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102590822A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 蔡紅星;高明希;楊進華;譚勇;寧成達;楊家偉;石晶;金琨;郭沫然
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01S17/36
• 分類號: G01S17/36;G01S17/58
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司 22001
• 代理人: 馬守忠

技術領域

本發明涉及一種基于啁啾調制機理的激光雷達，屬于激光測量技術領域。

背景技術

激光雷達是激光技術與現代光電探測技術結合的先進探測方式。激光雷達采用脈沖或連續波兩種工作方式。

脈沖式激光雷達技術是利用了激光在空氣中傳播速度基本恒定的特性，通過測定激光脈沖的一個往返時間來確定接收器與被測目標之間的距離。現有脈沖激光測距可以對遠距離目標進行測量(可達到幾十千米的距離)，但是測量精度不高(可達到米量級的精度)。[霍玉晶，楊成偉，陳千頌.脈沖激光測距光源進展.《激光與紅外》.2002，32(3)：131-134]。

高速光探測器技術中，由于本征光電二極管(簡稱PIN)探測器的制作工藝較為簡單，而且能夠得到非常高的響應速度，因此各種不同響應速度的PIN光電探測器得到極大的發展。[劉家洲，李愛珍，張永剛.光通信波段超高速PIN光電探測器的新進展.《半導體光電》.2001，22(4)：227-232]

ATP高速二維跟蹤轉臺技術，實質上是地面跟蹤轉臺在天文學方面的應用，是實現空間目標的捕獲(Acquisition)、跟蹤(Tracking)和瞄準(Pointing)的重要設備。主要完成大范圍、高概率和快速空間捕獲和兩運動平臺間高精度視軸對準和動態跟蹤。[張濤，梁雁冰，許峰，王晨，馮希.星載ATP平臺的建模與仿真.《系統仿真學報》2009，12：3813-3815]。

連續波激光雷達系統是公知的，并且已經廣泛應用了多年。在具有改善了頻率掃描線性的頻率調制連續波(FMCW)雷達專利中，主要對參考差頻信號與發射信號和回波信號混合所產生的差頻信號進行分析計算，針對性研究提高頻率掃描的線性，得到更精確的目標信息。而本發明涉及一種基于啁啾調制機理的激光雷達，回波信息與時基信號進行混頻，通過計算機高效的信號處理和數據計算能力，可對多目標進行識別，適合用于薄霧，樹林等具有一定遮蔽障礙情況下進行穿透性目標探測。

發明內容

為了解決激光雷達實現多目標測量的問題，本發明之基于啁啾調制機理的激光雷達，其包括啁啾調制器1、放大器A2、加法器3、激光器4、望遠鏡A5、激光器驅動器6、望遠鏡B7、探測器8、放大器B9、模數轉換器A/D10、計算機11、顯示器12和ATP高速二維跟蹤轉臺13；

其中，啁啾調制器1、模數轉換器A/D10和ATP高速二維跟蹤轉臺13分別與計算機11連接；啁啾調制器1與放大器A2連接；加法器3與放大器A2、激光器驅動器6和激光器4連接；激光器4與望遠鏡A5連接；望遠鏡B7、探測器8、放大器B9和模數轉換器A/D10順次連接；計算機11和顯示器12連接；

啁啾調制器1、放大器A2、加法器3、激光器4、望遠鏡A5、激光器驅動器6、望遠鏡B7、探測器8、放大器B9和模數轉換器A/D10均固定放置在ATP高速二維跟蹤轉臺13上，上述所有裝置隨ATP高速二維跟蹤轉臺13一起轉動；

啁啾調制器1為啁啾調制激光信號發生器，啁啾信號頻率為200到800兆赫茲；

放大器A2為功率放大器，優選增益帶寬為200-800兆赫茲，放大倍率15倍，噪聲系數小于3分貝，接收增益大于15分貝；

望遠鏡A5和望遠鏡B7均優選口徑為15厘米的望遠鏡；

探測器8優選PIN光電探測器；

放大器B9為功率放大器，優選放大倍數100倍，噪聲系數小于0.1分貝；

計算機11中存儲有管理及運行軟件，計算機11能進行人機交互、信號處理、控制和數據計算；

ATP高速二維跟蹤轉臺13的角度分辨率：5毫弧度，響應時間：50毫弧度/秒，承載重量：100千克；

啁啾調制器1的信號分為兩路，一路進入計算機11作為時基信號，同時另一路經放大器A2放大進入加法器3與激光器驅動器6的輸入信號進行疊加，作為激光器4的激勵源，激光器4產生啁啾調制式的激光信號通過望遠鏡A5發射出去，輻照目標；

望遠鏡B7接收回波信號，回波信號進入探測器8轉換為電信號，該電信號經放大器B9放大后，通過模數轉換器A/D10進入計算機11；