[發明專利]一種基于脈沖編碼技術的相干激光雷達

有效

• 申請號: 201810335326.8
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108594256B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 夏和娣;張蘇
• 申請（專利權）人: 夏和娣
• 主分類號: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58;G01S7/484;G01P5/26
• 代理公司: 佛山粵進知識產權代理事務所(普通合伙) 44463
• 代理人: 王儲

本發明公開了一種基于脈沖編碼技術的相干激光雷達。本發明針對相干激光雷達回波信號信噪比低，提取困難，提出一種采用脈沖編碼技術改善系統信噪比從而增大系統動態范圍的方法。本發明通過電光調制器輸出脈沖編碼序列編碼，降低了各發射波形之間的時域互相關，并利用Golay互補序列的互補性質減小自相關旁瓣，降低了波形脈沖壓縮后的旁瓣。另外，本發明按照解碼規則進行解碼，解決了光纖激光器脈沖峰值功率受限的問題，顯著地提高了相干激光雷達信噪比，有效提高了探測距離，且不需要脈沖積累時間，不犧牲探測時間和距離分辨率。

技術領域

本發明涉及激光雷達領域，尤其涉及一種基于脈沖編碼技術的相干激光雷達。

背景技術

得益于高空分辨率和高測量精度，相干測風激光雷達是激光遙感的熱點研究領域。特別值得注意的是1.5μm-2μm的全光纖相干測風激光雷達具有體積小，眼安全、易于集成等優點，是世界各國爭相發展的領域。國際上從事脈沖相干激光雷達研究的單位包括NASA、NOAA、美國洛克希德馬丁公司(Lockheed Martin)、美國雷神公司(Raytheon)、美國相干公司(CTI)、日本三菱公司(Mitsubishi Electric)、法國Leosphere公司、法國宇宙航空航天研究中心(ONERA)、英國SgurrEnergy公司、英國QinetiQ公司等。國內相干激光雷達的起步較晚，主要單位包括哈爾濱工業大學、電子科技大學、中國電子科技集團公司第二十七研究所、中科院上海光學精密機械研究所、中國科大、中國海洋大學等單位。

本發明的發明人經研究發現：與傳統的測風手段相比，由于激光在大氣傳輸過程中，受大氣衰減及各種復雜天氣狀況影響，相干激光雷達接收的回波信號具有很低信噪比和和很大隨機性。多普勒激光雷達信號可以描述為一個零均值復高斯隨機過程的信號光附加一個統計獨立的白噪聲。目前，最常用的多普勒頻移估計算法是周期圖最大值法，即直接提取每個距離門激光雷達時域信號功率譜的最大值對應的頻率值。當信噪比(SNR)較低時，頻率估計是有偏的，從而增大了測量誤差。提高雷達回波信號的信噪比是雷達接收機從噪聲中提取回波信號的關鍵，也是進行后續數據分析處理的前提。

本發明的發明人進一步經研究發現：為提高信噪比，目前采用方法有增加光纖激光器的發射脈沖功率，增大望遠鏡口徑等。采用增加發射脈沖功率的方法，在一定程度上能夠提高信噪比，但目前的光纖激光器功率受限，且增大發射激光脈寬，會犧牲探測距離分辨率。采取增大望遠鏡口徑的方法，會大大提高成本。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明采用通信中某些碼型對探測脈沖光進行調制，并依據一定解碼規則進行處理，可以提高探測距離，獲得相同的距離分辨率的同時，有效提高系統的信噪比。

本發明的目的之一是提供一種基于脈沖編碼技術的相干激光雷達，在不犧牲探測距離分辨率的情況下，提高系統的信噪比。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于脈沖編碼技術的相干激光雷達，包括：

激光器、第一分束器、電光調制器、聲光調制器、信號發生器、放大器、光學收發模塊、耦合器、探測器、采集卡、數據處理裝置；其中：

激光器輸出的激光信號進入經第一分束器后分為本振光和信號光，信號光經電光調制器后進入聲光調制器，信號發生器用于分別向電光調制器和聲光調制器輸入預設的控制信號；所述電光調制器用于輸出脈沖編碼序列；從聲光調制器輸出的信號經放大器放大后進入光學收發模塊，光學收發模塊用于將輸入的信號輸出到大氣中，并用于接收大氣回波信號；從光學收發模塊輸出的大氣回波信號和本振光經耦合器耦合后依次輸出到探測器、采集卡和數據處理裝置。

進一步地，所述第一分束器為光纖分束器；所述放大器為光纖放大器，所述耦合器為光纖耦合器。

進一步地，所述光學收發模塊包括發射望遠鏡和接收望遠鏡，所述發射望遠鏡用于將放大器放大的信號輸出到大氣中；接收望遠鏡用于接收大氣回波信號；