[發明專利]一種基于頻域編碼技術的相干激光雷達

在審

• 申請號: 202010647538.7
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111751844A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 張仁俊
• 申請（專利權）人: 南京紅露麟激光雷達科技有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于頻域編碼技術的相干激光雷達。本發明通過設置N個聲光調制器分別對入射的激光調制，每個聲光調制器產生的頻移量v_M均不同，從而產生N個不同頻率的激光信號。由于受激布里淵散射閾值與入射激光的頻率相關，通過設置每個頻率的激光信號功率都小于該頻率對應的受激布里淵散射閾值，從而實現在不引起受激布里淵散射的同時，使激光雷達整體出射功率成為每一單獨的聲光調制器支路出射功率的疊加，實現出射激光功率的倍增效應，解決了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的信噪比，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大氣遙感領域，尤其涉及一種基于頻域編碼技術的相干激光雷達。

背景技術

激光雷達作為近年快速發展的新型光波主動式遙感技術，由于具有高精度及高時空分辨率的遙測特性,已經在大氣及海洋環境探測等領域得到廣泛的應用。

隨著光纖激光技術的發展，光纖在激光雷達中的使用越來越普遍，光纖的應用極大地推動了激光雷達技術的發展。近年來，已經出現了全光纖激光雷達，大大提高了激光雷達的小型化、集成化程度。

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的信噪比和很大的隨機性。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，頻率估計存在偏差，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。采取增大望遠鏡口徑的方法，會大大提高成本。而采用增加發射脈沖功率的方法，雖然在一定程度上能夠提高信噪比，但光功率超過受激布里淵散射的閾值時，會激發強烈的受激布里淵散射，降低激光功率，損壞光纖器件。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種基于頻域編碼技術的相干激光雷達，能夠克服受激布里淵散射對激光功率的限制，有效提高激光雷達的發射功率和信噪比。

為實現本發明的上述目的，本發明提出了一種基于頻域編碼技術的相干激光雷達，包括：連續光激光器、分束器、N個聲光調制器、第一耦合器、光纖放大器、光學收發模塊、第二耦合器和平衡光電探測器；N為大于1的自然數；其中，

所述連續光激光器用于輸出頻率為v₀的連續激光；

所述連續光激光器的輸出端與分束器的輸入端通過光纖連接；

所述分束器包括N+1個輸出端，用于將連續光激光器輸出的激光分成N+1路；分束器的其中一個輸出端與第二耦合器的一個輸入端連接，剩余的每一個輸出端分別與一個聲光調制器通過光纖連接；

每個聲光調制器用于將輸入的連續激光調制為脈沖光并改變輸入的連接激光的頻率；聲光調制器輸出的激光頻率為v₀+v_M，其中，v_M為聲光調制器調制產生的頻移量；每個聲光調制器根據預設的編碼規則對入射激光調制產生對應的頻移量v_M，且每個聲光調制器對應的頻移量v_M均不同；

N個聲光調制器輸出的激光信號經第一耦合器耦合后輸出到光纖放大器；

光纖放大器用于對輸入的激光放大后輸出到光學收發模塊；