[發(fā)明專利]用于處理由相干激光雷達(dá)引起的信號的方法及相關(guān)激光雷達(dá)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780065246.9
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN109964143B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·費(fèi)內(nèi)魯;G·皮耶
• 申請（專利權(quán)）人: 塔萊斯公司
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S17/32;G01S17/58;G01S7/48;G01S7/493;G01S7/491
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 王瓊先

本發(fā)明涉及一種用于處理(50)由相干激光雷達(dá)引起的信號的方法，該相干激光雷達(dá)包括周期性地頻率調(diào)制的相干源(L)；?由光電探測器(D)基于具有本地振蕩器頻率(fsubgt;OL/subgt;(t))的被稱為本地振蕩器的光學(xué)信號與由激光雷達(dá)照射的目標(biāo)(T)反向散射的光學(xué)信號之間的干涉生成差拍信號(Sb)，所述差拍信號被數(shù)字化；?本地振蕩器頻率(fsubgt;OL/subgt;(t))由平均值(f0)與由所述源的調(diào)制引起的調(diào)制頻率(fsubgt;mod/subgt;(t))之和組成，調(diào)制頻率根據(jù)調(diào)制周期(Tsubgt;FO/subgt;)是周期性的，每個周期包括分別具有n個頻率斜坡(αi)的n個線性部分，其中n大于或等于2，該方法包括在于以下的步驟：?復(fù)數(shù)地調(diào)制(501)差拍信號(Sb)；?通過n個解調(diào)頻率(fsubgt;demod/subgt;(i))復(fù)數(shù)地解調(diào)(502)調(diào)制信號(Ssubgt;mod/subgt;)，每個解調(diào)頻率具有等于調(diào)制頻率(fsubgt;mod/subgt;)的相應(yīng)頻率斜坡(αi)的單個斜坡，以便獲得n個解調(diào)信號(Ssubgt;demod/subgt;(i))；?確定(503)n個解調(diào)信號(Ssubgt;demod/subgt;(i))的n個頻譜密度(SP(i))；?確定(504)n個特征頻率(νsubgt;αi/subgt;)，?基于所述n個特征頻率(νsubgt;αi/subgt;)確定(505)關(guān)于目標(biāo)(T)的速度(v)的信息和關(guān)于目標(biāo)(T)的距離(d)的信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及頻率調(diào)制的相干激光雷達(dá)的領(lǐng)域，所述頻率調(diào)制的相干激光雷達(dá)例如用于遠(yuǎn)程目標(biāo)檢測。

背景技術(shù)

相干激光雷達(dá)的原理在本領(lǐng)域中是公知的并且在圖1中示出。相干激光雷達(dá)包括：相干源L，典型地是發(fā)射相干光波(在IR、可見或近UV域中)的激光器；允許一定體積的空間被照射的發(fā)射裝置DE；以及接收裝置DR，其收集由目標(biāo)T反向散射的一部分光波。反向散射的波的多普勒頻移ν_Dop取決于目標(biāo)T的徑向速度v。

關(guān)于接收，所接收的頻率為fs的反向散射的光波S和被稱為本地振蕩器波OL的一部分發(fā)射的波混合。這兩個波之間的干涉由光電探測器D檢測，并且來自探測器的電信號輸出除了與所接收的功率和與本地振蕩器功率成比例的項(xiàng)之外還具有被稱為差拍信號Sb的振蕩項(xiàng)。處理單元UT將該信號數(shù)字化并從其中提取關(guān)于目標(biāo)T的速度v的信息。

優(yōu)選地，處理單元在沒有頻移的情況下在以零頻率為中心的窄帶中對差拍信號Sb進(jìn)行電子濾波(見下文)。

對于相干激光雷達(dá)，發(fā)射和接收裝置優(yōu)選地使用相同的光學(xué)器件(單件式激光雷達(dá))。該特征允許獲得良好的機(jī)械穩(wěn)定性并且允許減少在長距離上大氣湍流的影響，入射和反向散射的波的傳播路徑是相同的。

一種用于激光雷達(dá)測速/測距的解決方案在于產(chǎn)生一種能夠?qū)崿F(xiàn)頻率調(diào)制的系統(tǒng)。考慮到已經(jīng)用基于纖維的激光源做出的進(jìn)展，通常在雷達(dá)中使用的該技術(shù)當(dāng)前是特別感興趣的。借助于頻率調(diào)制，時間/頻率分析允許確定目標(biāo)的距離d及其速度v。這種類型的激光雷達(dá)還允許執(zhí)行激光風(fēng)速測定功能。

用于頻率調(diào)制的激光雷達(dá)20的光學(xué)架構(gòu)的一個示例在圖2中示出。相干源在頻率上被調(diào)制使得本地振蕩器的頻率用被稱為波形的預(yù)設(shè)函數(shù)調(diào)制，該波形由與處理單元UT同步的WFC模塊控制。

發(fā)射的光學(xué)信號通過放大器EDFA放大，并且發(fā)射和接收使用相同的光學(xué)器件O并且使用環(huán)行器C分離。該光學(xué)信號可以可選地在頻率上偏移，例如使用優(yōu)選地位于放大器EDFA之前但是其也可以位于本地振蕩器的路徑上的聲光調(diào)制器。在這種情況下，處理單元中的電子濾波是關(guān)于偏移頻率執(zhí)行的。延遲線LR允許本地振蕩器和發(fā)射信號的光學(xué)路徑被均衡(equalized)以便在RF域中對放置在放大器EDFA之后的光學(xué)部件中的缺陷(環(huán)行器C的串?dāng)_、發(fā)射/接收光學(xué)器件O的抗反射涂層中的瑕疵等)進(jìn)行濾波。