[發(fā)明專利]一種脈沖發(fā)射相干接收的激光探測系統(tǒng)及探測方法

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• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112034437A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任建峰;虞愛華;張煥坤
• 申請（專利權(quán)）人: 昂納信息技術(shù)（深圳）有限公司
• 主分類號: G01S7/484
• 分類號: G01S7/484;G01S7/4861;G01S7/4865;G01S7/487
• 代理公司: 深圳市道臻知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44360
• 代理人: 陳琳

1.一種脈沖發(fā)射相干接收的激光探測系統(tǒng)，其特征在于：所述激光探測系統(tǒng)包括激光種子源、分束器、用于對光信號進行時域延遲的延時光纖、光接收組件、用于光偏轉(zhuǎn)掃描的掃描器、混頻器、用于將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的信號處理組件以及主控單元；

其中，所述主控單元控制激光種子源發(fā)射帶有功率偏置的脈沖信號，脈沖信號經(jīng)分束器分成本振信號和探測信號，所述本振信號直接射入混頻器，所述探測信號進入延時光纖進行時域延遲后進入掃描器以進行偏轉(zhuǎn)掃描，當(dāng)探測信號探測到目標(biāo)后產(chǎn)生回波信號，所述回波信號經(jīng)光接收組件接收后進入混頻器，所述混頻器將本振信號與回波信號進行相干接收后發(fā)送至信號處理組件，信號處理組件將相干處理后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送回主控單元，以計算得到目標(biāo)距離。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光探測系統(tǒng)，其特征在于：所述激光探測系統(tǒng)還包括一用于對光信號進行頻率偏移的移頻器，所述移頻器設(shè)置在本振信號路徑中用于對本振信號進行頻率偏移后射入混頻器，或者所述移頻器設(shè)置在探測信號路徑中用于對探測信號進行頻率偏移后射入掃描器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光探測系統(tǒng)，其特征在于：所述信號處理組件包括光電探測器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述光電探測器用于將經(jīng)混頻器進行相干處理后的光信號轉(zhuǎn)換為電流信號并發(fā)送至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為電流輸入型且用于將電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光探測系統(tǒng)，其特征在于：所述信號處理組件包括光電探測器、TIA器件和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述光電探測器用于將經(jīng)混頻器進行相干處理后的光信號轉(zhuǎn)換為電流信號并發(fā)送至TIA器件，所述TIA器件用于將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并發(fā)送至模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光探測系統(tǒng)，其特征在于：所述光接收組件為準(zhǔn)直鏡、環(huán)行器、聚光鏡以及擴束鏡中的一種或至少兩個的組合結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光探測系統(tǒng)，其特征在于：所述光接收組件包括環(huán)行器以及用于光擴束的擴束鏡，所述環(huán)行器為光纖環(huán)行器，所述探測信號經(jīng)光纖環(huán)形器輸出到擴束鏡，所述回波信號經(jīng)擴束鏡匯聚到光纖環(huán)行器再輸入至混頻器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光探測系統(tǒng)，其特征在于：所述光接收組件包括用于光路準(zhǔn)直的準(zhǔn)直鏡、用于光路匯聚的聚光鏡以及環(huán)行器，所述環(huán)行器為包括PBS片、二分之一玻片或者半玻片的空間光路組件，所述探測信號經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后進入環(huán)行器，所述回波信號經(jīng)聚光鏡進行聚光后進入環(huán)行器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光探測系統(tǒng)，其特征在于：所述激光探測系統(tǒng)還包括一光功率放大器，所述光功率放大器設(shè)置在所述激光種子源與所述分束器之間，或者所述光功率放大器設(shè)置在所述分束器和所述延時光纖之間，或者所述光功率放大器設(shè)置在所述延時光纖與所述光接收組件之間。

9.一種脈沖發(fā)射相干接收的激光探測方法，其特征在于，所述激光探測方法通過如權(quán)利要求1-8任一所述的激光探測系統(tǒng)實現(xiàn)，所述激光探測方法具體包括以下步驟：

輸出帶有偏置功率的激光功率脈沖信號；

將激光功率脈沖信號進行分束，以獲取探測信號和本振信號；

對探測信號進行延時輸出；

對本振信號或探測信號進行頻率偏移；

對本振信號以及通過探測信號經(jīng)目標(biāo)反射后得到的回波信號進行接收及相干處理；

將相干處理后的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

對數(shù)字信號進行頻譜分析，獲取目標(biāo)物的速度信息；

根據(jù)數(shù)字信號計算激光脈沖飛行時間，以獲取目標(biāo)物的距離。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光探測方法，其特征在于，所述激光探測方法還包括以下步驟：

獲取掃描實時光束的指向信息；

獲取目標(biāo)物相對于探測系統(tǒng)的徑向速度信息；

根據(jù)目標(biāo)物的距離及指向信息，計算目標(biāo)方位信息；

根據(jù)多個目標(biāo)方位信息計算目標(biāo)的相對速度信息，以獲取目標(biāo)的運動狀態(tài)。