[發(fā)明專利]微波激光雷達(dá)一體化系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710300784.3
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號(hào): CN107102322A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張勇;楊成華;趙遠(yuǎn);徐璐;劉越豪;沈志強(qiáng);邱鵬宇
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/86
• 分類號(hào): G01S13/86;G01S13/08;G01S17/02;G01S17/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 岳泉清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波探測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來隨著環(huán)境的日益復(fù)雜以及所需探測目標(biāo)的逐漸多元化發(fā)展趨勢，單一探測模式已無法滿足實(shí)際需求，激光雷達(dá)探測分辨率高，能抑制地表雜波，但是激光雷達(dá)探測系統(tǒng)工作距離近，且受氣候影響嚴(yán)重；微波雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)，受天氣影響較小，但是微波雷達(dá)分辨率低，性能受電子學(xué)瓶頸限制，因此，如何妥善的將二者有機(jī)結(jié)合，使二者可以較好地取長補(bǔ)短以適應(yīng)更高的實(shí)際探測要求成為了目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有雷達(dá)探測系統(tǒng)無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率、探測距離遠(yuǎn)及探測過程中不受氣候影響的問題，本發(fā)明提供了一種微波激光雷達(dá)一體化系統(tǒng)。

微波激光雷達(dá)一體化系統(tǒng)，它包括鎖模激光器、2個(gè)1×2分束器、2個(gè)F-P濾波器、2個(gè)光學(xué)帶通濾波器、MEMS光開關(guān)、光纖放大器、光環(huán)形器、準(zhǔn)直器、發(fā)射/接收器件、延時(shí)光纖、2個(gè)2×1耦合器、2個(gè)光電探測器、電放大器、功分器、電環(huán)形器、微波天線、延時(shí)器、乘法器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理器；

所述的2個(gè)1×2分束器分別定義為1號(hào)1×2分束器和2號(hào)1×2分束器，且1號(hào)1×2分束器輸出光強(qiáng)相同的兩束光；

2個(gè)F-P濾波器分別定義為1號(hào)F-P濾波器和2號(hào)F-P濾波器；

2個(gè)光學(xué)帶通濾波器分別定義為1號(hào)光學(xué)帶通濾波器和2號(hào)光學(xué)帶通濾波器；

2個(gè)2×1耦合器分別定義為1號(hào)2×1耦合器和2號(hào)2×1耦合器；

2個(gè)光電探測器分別定義為1號(hào)光電探測器和2號(hào)光電探測器；

鎖模激光器輸出的光經(jīng)1號(hào)1×2分束器分束后，輸出激光雷達(dá)探測的載波信號(hào)光和微波雷達(dá)探測的載波信號(hào)光這兩束光，

其中，1號(hào)1×2分束器輸出的激光雷達(dá)探測的載波信號(hào)光入射至1號(hào)F-P濾波器進(jìn)行頻率選擇后，入射至1號(hào)光學(xué)帶通濾波器進(jìn)行濾波，然后入射至MEMS光開關(guān)，

MEMS光開關(guān)的1號(hào)出光口輸出的光經(jīng)光纖放大器進(jìn)行功率放大后，入射至2號(hào)1×2分束器進(jìn)行分束后，輸出兩束光，該兩束光分別定義為本振光和信號(hào)光，信號(hào)光的光強(qiáng)大于本振光的光強(qiáng)；

MEMS光開關(guān)的2號(hào)出光口輸出的光入射至2號(hào)2×1耦合器；

MEMS光開關(guān)的1號(hào)出光口和2號(hào)出光口輸出光信號(hào)作為切換控制指令，使激光雷達(dá)探測和微波雷達(dá)探測擇一工作；

其中，信號(hào)光依次經(jīng)光環(huán)形器和準(zhǔn)直器后，又經(jīng)發(fā)射/接收器件進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直后，入射至待測目標(biāo)，經(jīng)待測目標(biāo)反射后輸出的回波信號(hào)光，經(jīng)發(fā)射/接收器件進(jìn)行匯聚后，又依次經(jīng)準(zhǔn)直器和光環(huán)形器后，入射至1號(hào)2×1耦合器；

本振光通過延時(shí)光纖入射至1號(hào)2×1耦合器；

1號(hào)2×1耦合器對(duì)接收的本振光和回波信號(hào)光進(jìn)行耦合后，入射至光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化后，獲得的激光雷達(dá)探測中頻差頻信號(hào)發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

1號(hào)1×2分束器輸出的微波雷達(dá)探測的載波信號(hào)光入射至2號(hào)F-P濾波器進(jìn)行頻率選擇后，入射至2號(hào)光學(xué)帶通濾波器進(jìn)行濾波后，又入射至2號(hào)2×1耦合器；

2號(hào)2×1耦合器對(duì)接收的兩束光進(jìn)行耦合后，入射至2號(hào)光電探測器，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，獲得的電信號(hào)經(jīng)電放大器進(jìn)行功率放大后，送至功分器進(jìn)行功率分配，獲得兩路電信號(hào)；

功分器輸出的第一路電信號(hào)依次經(jīng)電環(huán)形器和微波天線后，以微波的形式入射至待測目標(biāo)，該微波經(jīng)待測目標(biāo)反射后，依次通過微波天線和電環(huán)形器送至乘法器；

功分器輸出的第二路電信號(hào)經(jīng)延時(shí)器延時(shí)后，送至乘法器；

功分器輸出的第一路電信號(hào)的功率大于第二路電信號(hào)的功率；

乘法器對(duì)接收的微波和延時(shí)后的第二路電信號(hào)進(jìn)行相乘，獲得微波雷達(dá)探測中頻差頻信號(hào)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)接收的激光雷達(dá)探測中頻差頻信號(hào)或微波雷達(dá)探測中頻差頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入至數(shù)字信號(hào)處理器，數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，從而獲得待測目標(biāo)的距離。

所述的數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，從而獲得待測目標(biāo)的距離的具體過程為：

步驟一：數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，獲得中頻信號(hào)的頻譜F(I)，

步驟二：提取中頻信號(hào)的頻譜F(I)，在調(diào)制帶寬范圍內(nèi)的最大幅值所對(duì)應(yīng)的峰值頻率f_I，

步驟三：將峰值頻率f_I代入下述公式一中進(jìn)行解算，從而獲得待測目標(biāo)的距離R；

所述的K＝2B/T，