[發明專利]一種雙模控制的相控陣激光雷達系統及方法

有效

• 申請號: 201810412314.0
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108897003B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 郝群;張佳利;曹杰;閆雷;李毅東;張芳華
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894;G01S7/484;G01S7/4863;G01S7/4865
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

1.一種雙模控制的相控陣激光雷達系統，其特征在于：是基于掃描高分辨與凝視高幀頻雙模控制的多光束多面陣激光雷達系統，包括計算機圖像采集處理系統(1)、高速并行采集計時模塊(2)、光源驅動模塊(3)、主控電路模塊(4)、同步控制電路模塊(5)、光纖陣列相控陣發射系統(6)和接收系統(7)；

高速并行采集計時模塊(2)包括通訊端口(2.1)和四個APD探測器陣列讀出電路模塊A、B、C、D；其中，四個APD探測器陣列讀出電路模塊A、B、C、D包括：跨阻放大電路、低通濾波電路、差分互相關濾波器、時刻鑒別電路、峰值保持電路和嵌入式高速信號處理平臺；

光纖陣列相控陣發射系統(6)包括外差法相控系統(6.1)、連續光纖激光器(6.2)、分束器(6.3)、光纖(6.4)、電光調制器(6.5)、相位調制器(6.6)、光隔離器(6.7)、連續光纖放大器(6.8)、準直擴束器(6.9)、采樣器(6.10)、相控陣偏轉結構(6.11)和移頻器(6.12)；

外差法相控系統(6.1)包括射頻參考振蕩器(6.1.1)、合成器(6.1.2)、多路復用器(6.1.3)、探測器(6.1.4)和透鏡(6.1.5)；

接收系統(7)包括四個基于小像元素面陣的APD陣列探測器(7.1、7.2、7.3、7.4)；

光源驅動模塊(3)驅動連續光纖激光器(6.2)產生高功率連續激光；連續激光由分束器(6.3)被分成一路參考光束和N路信號光，其中，一路參考光占總光強10％以下的能量，定義為小部分參考光，經光纖通過移頻器(6.12)后被移頻，用于外差拍頻；N路信號光占總光強90％以上的能量，N路信號光經光纖通過受控于脈沖觸發的電光調制器(6.5)形成脈沖光束，并對脈沖光的振幅進行放大傳輸給相位調制器(6.6)；相位調制器(6.6)對脈沖光進行相位調制后，經過光隔離器(6.7)傳輸給連續光纖放大器(6.8)，連續光纖放大器(6.8)再次對N路脈沖光的功率進行放大后傳輸給準直擴束器(6.9)；準直擴束器(6.9)對放大功率的脈沖光的光束直徑進行準直擴束后傳輸給采樣器(6.10)；N路脈沖光95％以上穿過采樣器(6.10)，再通過相控陣偏轉結構(6.11)在空間上相干合成一束高功率脈沖激光；另外5％以下與小部分參考光進行外差拍頻，拍頻后反射到外差法相控系統(6.1)中的透鏡(6.1.5)聚集后被探測器(6.1.4)接收，實現對外差拍頻信號的獲取；該外差拍頻信號包含了參考光與N路脈沖光的相對相位信息，探測器(6.1.4)將N個相位差信息數據傳輸到多路復用器(6.1.3)內，多路復用器(6.1.3)將N個輸入通道的相位差電信號復用到輸出通道上，然后再傳輸給合成器(6.1.2)；同時，將計算得到的N路脈沖光的射頻參考相位信號由射頻參考振蕩器(6.1.1)也送入合成器(6.1.2)；合成器(6.1.2)對射頻參考振蕩器(6.1.1)輸出的N路參考相位信號與N路脈沖光變化后的相位信號分析比對后，按照外差鎖相控制算法生成N路脈沖光的相位控制電壓信號，實時將N路補償后的相位電壓信號反饋給各路的相位調制器(6.6)，各路的相位調制器(6.6)對各路脈沖信號光的相位進行調制，經過多次重復此過程，直到N路脈沖信號光的相位信息與N路參考相位信號相同為止，即完成每路信號光的實時相位補償，確保輸出的N路脈沖信號光的相位能夠符合某一預設角度下光束相干合成要求；從而實現在鎖相的同時，又能夠針對某一預設角度的N路信號光，通過相控陣偏轉結構(6.11)后相干合成一束高功率脈沖激光。