[發明專利]基于液晶相控陣的激光雷達系統

有效

• 申請號: 201811373516.5
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109298406B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 王春陽;牛啟鳳;史紅偉;李蘭婷
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S7/484;G01S7/486;G01S7/491
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

基于液晶相控陣的激光雷達系統，涉及激光相控技術領域，解決現有光路中采用分光器件將入射光和出射光分離開，分光器件的引入會導致光強的損失，使得光束偏轉系統的使用受到限制的問題，包括中央處理單元、激光發射系統和回波接收系統；激光發射系統包括激光器A、發射光路；發射光路包括擴束準直系統A、精偏轉系統、1/4波片、粗偏轉系統；精偏轉系統包括1/2波片、LCSLM和DSP控制器；粗偏轉系統包括液晶偏振旋轉器、LCPG和偏振光柵控制器；回波接收系統包括FPGA、MPPC和接收光路；本發明采用斜入射的方式，使入射到液晶空間光調制器的光與出射光的夾角增大，不僅簡化了光路，減小了系統體積，也減少分光器件導致的光強損失，增大液晶空間光調制器的使用范圍。

技術領域

本發明涉及激光相控技術領域，具體涉及一種寬視場、高精度、高衍射效率的激光相控陣雷達系統。

背景技術

與其他體制雷達相比，激光雷達具有更高的載波頻率。在測速、測角和測距上比微波雷達具有更高的分辨率，且具有作用距離遠、抗干擾能力強、能獲得目標的多種圖像等優點，因此在目標探測、目標成像、目標測速、目標跟蹤等領域受到廣泛關注并成為研究熱點。傳統的激光雷達系統通過伺服系統驅動機械轉動機構來實現光束掃描，但由于伺服系統體積大、功耗高、抗振動性差、機械慣性強，容易出現諧振現象，難以滿足高性能激光雷達的應用需求。為了滿足下一代激光雷達在滿足低SWaP(Size,Weight,and?Power?Consumption，體積、重量和功耗)及其技術指標的需求。新型的光束偏轉系統需要實現掃描視場范圍大、掃描角度可連續控制、響應時間快、偏轉精度高的光束偏轉控制，但目前現有的光束偏轉技術很難兼顧這些要求。

將液晶空間光調制器(LCSLM，Liquid?crystal?spatial?light?modulator)與液晶偏振光柵(LCPG，Liquid?crystal?polarization?grating)組合使用便可以很好的解決上述問題，但目前的LCSLM多為反射式，在光束垂直入射時，光路中必須采用分光器件將入射光和出射光分離開，分光器件的引入會導致光強的損失，使得LCSLM的使用受到限制。因此本發明提出一種斜入射下LCSLM和LCPG相結合的寬視場，高精度，高衍射效率的激光相控陣雷達系統，同時提出一種斜入射下LCSLM的相位調制特性曲線測量方法。這將對未來激光雷達系統產生重要影響，并且對空間光通信、激光整形及光學成像等諸多應用技術的發展有著重要的推進作用。

發明內容

本發明為解決光路中采用分光器件將入射光和出射光分離開，分光器件的引入會導致光強的損失，使得光束偏轉系統的使用受到限制的問題，提供一種基于液晶相控陣的激光雷達系統。

基于液晶相控陣的激光雷達系統，包括中央處理單元、激光發射系統和回波接收系統；所述激光發射系統包括激光器A、發射光路；

所述發射光路包括擴束準直系統A、精偏轉系統、1/4波片、粗偏轉系統；

所述精偏轉系統包括1/2波片、LCSLM和DSP控制器；

所述粗偏轉系統包括液晶偏振旋轉器、LCPG和偏振光柵控制器；

回波接收系統包括FPGA、MPPC和接收光路；

所述中央處理單元控制激光器A出射線偏振光，并向FPGA發送計時指令，FPGA開始計時；

所述線偏振光經擴束準直系統A后，光束經過1/2波片產生與LCSLM光軸方向相同的線偏振光，該線偏振光以一定的角度斜入射到LCSLM，通過LCSLM的線偏振光經1/4波片后，變成圓偏振光入射到粗偏轉系統，通過粗偏轉系統中的液晶偏振旋轉器選擇光的左右旋性，再經過LCPG；

中央處理單元向偏振光柵控制器發送光束偏轉指令，控制LCPG實現光束的偏轉，再向DSP控制器發送光束偏轉指令，控制LCSLM實現光束的高精度偏轉，同時校正大角度偏轉時產生的系統誤差；