[發明專利]一種基于偏振調制的激光測量方法及激光雷達

有效

• 申請號: 201810022326.2
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108303704B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 徐忠揚;陳凱;潘時龍;張洪祥;薛敏;王祥傳
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S17/32
• 分類號: G01S17/32;G01P3/68
• 代理公司: 11467 北京德崇智捷知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊楠

本發明公開了一種基于偏振調制的激光測量方法。本發明將線性調頻微波信號通過偏振調制器調制于光載波上，產生偏振調制光信號，其中奇數階邊帶信號與包含載波信號在內的偶數階邊帶信號分別處于正交的兩個偏振態上；然后將所述偏振調制光信號中的一側邊帶去除，得到僅包含載波信號和另一側邊帶的探測光信號；由于探測光信號中的光載波和一階邊帶在正交的兩個偏振態上，因此可同時對兩路不同偏振態的回波信號分別進行處理，從而獲得回波信號的延時信息和多普勒頻移信息，進而得到待測物的距離和速度信息。本發明還公開了一種基于偏振調制的激光雷達。由于本發明的測距與測速是分開進行的，因此能極大地降低相位噪聲，提高測量的信噪比和精確性。

技術領域

本發明涉及一種基于偏振調制的激光測量方法，用于同時測量待測物體的距離和速度信息。

背景技術

激光測距和激光測速是激光技術的重要應用。激光具有的高相干性、方向性、單色性等優點，可以實現遠距離、高精度的測距功能。同時，運動物體的反射光會引入多普勒頻移，通過測量多普勒頻移即可實現激光測速。

目前，激光測距測速系統主要兩種體制，一類采用脈沖激光作為探測光，另一類則采用調制連續光作為探測光。在第二類技術方案中，調頻連續光(FMCW)是一種常用的激光測距測速方法。一般地，在激光測距測速系統中，發射端采用線性調頻微波信號調制探測光，接收端采用相干探測的方法測量回波的瞬時頻率。最后，通過瞬時頻率可以獲得待測物體的距離和速度信息。但是典型的調頻連續光激光測距測距系統中，多普勒頻移信息與距離信息在接收信號的頻譜上會產生疊加，不易分離。因此難以實現距離信息和速度信息的同時測量。為了解決這一問題，研究人員采用三角波調制和雙邊帶調制的方案進行激光測速測距。在這些方案中，回波信號在探測器中與本振光進行拍頻，并與本振微波信號混頻之后，可以獲得兩個不同的差頻信號，這兩個信號的頻率之和正比于激光回波延時，之差正比于多普勒頻移。而該方案的缺點在于：為了獲取距離信息，需要使用大帶寬的高速光電探測器(大于10GHz)，對線性調頻光信號進行探測。而多普勒頻移一般約為MHz量級，上述采用的高速光電探測器具有較高的噪聲系數，尤其在低頻區域，較大的噪聲和較小的響應度增加了多普勒頻移的測量誤差。因此，有必要探索一種新的激光測量方法，以同時實現高精度的距離和速度測量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種基于偏振調制的激光測量方法及激光雷達，可同時實現對待測物體的距離信息、速度信息進行實時準確地測量。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于偏振調制的激光測量方法，用于同時測量待測物體的距離和速度信息；首先利用偏振調制器將線性調頻微波信號調制于光載波上，產生偏振調制光信號，其中奇數階邊帶信號與包含載波信號在內的偶數階邊帶信號分別處于正交的兩個偏振態上；然后將所述偏振調制光信號中的一側邊帶去除，得到僅包含載波信號和另一側邊帶的偏振調制光信號，并將其作為探測光向待測物發射；令待測物所反射的回波信號經過偏振分束器，形成兩路偏振正交的回波信號，其中一路回波信號A攜有一階邊帶信號和延時信息，另一路回波信號B攜有載波信號和多普勒頻移信息；從回波信號A中提取出回波信號的延時信息，并依據延時信息獲得待測物體的距離信息，從回波信號B中提取出多普勒頻移信息，并依據多普勒頻移信息獲得待測物體的速度信息。

優選地，按照以下方法從回波信號A中提取出回波信號的延時信息：先將回波信號A與本振光信號進行拍頻，得到包含回波信號延時信息的線性調頻電信號A1；然后將線性調頻電信號A1與本振微波信號進行混頻，得到包含回波信號的延時信息的單頻電信號A2；最后從單頻電信號A2中提取出回波信號的延時信息；所述本振光信號為從所述光載波信號中分束獲得，所述本振微波信號為從所述線性調頻微波信號中分束獲得。

優選地，按照以下方法從回波信號B中提取出多普勒頻移信息：將回波信號B與本振光信號進行拍頻，得到包含多普勒頻移信息的單頻電信號B1；然后從單頻電信號B1中提取出多普勒頻移信息；所述本振光信號為從所述光載波信號中分束獲得。