[發明專利]基于超晶格器件的激光混沌測距裝置及測距方法

在審

• 申請號: 201810200748.4
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN110261861A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 茹占強;宋賀倫;吳菲;張學釗;殷志珍;張耀輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/481
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發明公開了一種基于超晶格器件的激光混沌測距裝置，包括：超晶格器件，用于產生混沌振蕩電信號；混沌驅動信號生成模塊，用于根據所述混沌振蕩電信號產生混沌驅動信號；激光測距模塊，用于根據所述混沌驅動信號向待測目標發射入射激光并接收由所述待測目標反射的反射激光，且根據所述反射激光和所述混沌驅動信號確定所述測距裝置到所述待測目標之間的距離。本發明還公開了一種測距方法。本發明的基于超晶格器件的激光混沌測距裝置可驅動帶寬達數GHz以上的混沌激光信號的輸出，從而實現高精度距離信息的探測。

技術領域

本發明涉及激光測距技術領域，具體地，涉及一種基于超晶格器件的激光混沌測距裝置及測距方法。

背景技術

隨著無人駕駛、無人機、機器人等領域的快速發展，對于激光測距傳感器的需求越來越強烈，要求也越來越高。目前常用的激光測距方法主要有直接脈沖測距法、相位測距法、隨機脈沖相關測距法等。

直接脈沖測距法的原理是直接測量光脈沖的往返時間從而計算距離信息，該方法受限于光脈沖的脈寬和探測器的響應時間，精度較低，一般只用于遠程測距，不適合近距離測量；相位測距法的原理是通過測量周期連續調制信號的往返相位差來計算距離信息，該方法測量精度高，但由于是周期信號，其最大測量距離受相位周期2π的限制，在測量遠距離目標時存在距離模糊問題。另外，這兩種方法都存在相同系統間的干擾問題，可能導致測量結果的誤判。

隨機脈沖相關測距法是通過對發出的隨機脈沖信號與返回的隨機脈沖信號做互相關處理得出時間延遲τ，從而計算距離信息，該方法從原理上解決了系統間干擾問題和距離模糊問題。當前產生隨機脈沖信號主要有兩種方式，一種是數字電路或者計算機算法產生的隨機信號，從理論上講這種隨機信號屬于偽隨機信號，仍然存在干擾問題，另一種是自然界的各種自發混沌現象，如熱噪聲、半導體二極管在雪崩擊穿過程中所產生的復合噪聲，或者采用MOS結構界面缺陷的隨機噪聲等，這些噪聲源的共同局限是帶寬太窄(不超過5MHz)，測量精度太低。近期又出現了一種利用半導體激光裝置的外反饋產生混沌激光信號的方法，該方法可以產生帶寬大于10GHz的混沌信號，能夠獲得高的測量精度，然而，該技術需要光纖隔離器、光纖耦合器、光放大器、光纖延遲線等多種光學元件對半導體激光裝置發出的混沌激光信號進行處理，系統復雜程度和成本較高，很難滿足無人駕駛、無人機、機器人等領域的商品化需求。

發明內容

為解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種帶寬高、高精度且系統簡易的基于超晶格器件的激光混沌測距裝置及測距系統。

為了實現上述發明目的，本發明采用了如下的技術方案：

根據本發明的一方面，提供了一種基于超晶格器件的激光混沌測距裝置，包括：

超晶格器件，用于產生混沌振蕩電信號，

混沌驅動信號生成模塊，用于根據所述混沌振蕩電信號產生混沌驅動信號；

激光測距模塊，用于根據所述混沌驅動信號向待測目標發射入射激光并接收由所述待測目標反射的反射激光，且根據所述反射激光和所述混沌驅動信號確定所述測距裝置到所述待測目標之間的距離。

進一步地，所述混沌驅動信號生成模塊包括：

恒流驅動單元，用于產生恒定電信號；

直流偏置單元，用于向所述超晶格器件提供偏置電壓，以使所述超晶格器根據所述偏置電壓產生混沌振蕩電信號；

信號疊加單元，用于將所述恒定電信號和所述混沌振蕩電信號疊加形成所述混沌驅動信號；

信號分路單元，用于將所述混沌驅動信號分成兩路混沌驅動信號，且將兩路混沌驅動信號之一提供給所述激光測距模塊；

第一信號讀取單元，用于從所述信號分路單元讀取兩路混沌驅動信號之另一。

進一步地，所述激光測距模塊包括：