[發明專利]一種脈沖發射相干接收的激光探測系統及探測方法

在審

• 申請號: 202011017916.X
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112034437A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 任建峰;虞愛華;張煥坤
• 申請（專利權）人: 昂納信息技術（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: 深圳市道臻知識產權代理有限公司 44360
• 代理人: 陳琳

本發明涉及探測器領域，具體涉及一種脈沖發射相干接收的激光探測系統及探測方法；所述激光探測系統包括激光種子源、分束器、延時光纖、光接收組件、掃描器、混頻器、信號處理組件以及主控單元；本發明通過設計一種脈沖發射相干接收的激光探測系統及探測方法，設置帶有偏置的脈沖信號并結合相干接收方式，實現了脈沖直接測距與相干接收系統的結合，既利用相干接收靈敏度高且抗外界干擾強的優點，有效降低了最小可探測距離，又避免了現有相干探測系統中昂貴的調制器件，有效降低了系統成本；同時，通過脈沖發射相干接收的方式，可有效降低發射激光的脈沖功率，且不需要持續發射連續調制激光，有效降低了系統的平均激光功率，進而降低了系統的功耗。

技術領域

本發明涉及探測器領域，具體涉及一種脈沖發射相干接收的激光探測系統及探測方法。

背景技術

激光雷達是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統，目前常見的激光探測依據探測方式不同可分為直接探測和相干探測兩類。

直接探測方案主要分兩種，一是在工作過程中發射一個或數個激光脈沖信號，當這些發射脈沖照射到目標物時會對應的反射一部分能量從而被探測系統接收，探測系統通過計量發射和接收時刻之間的時間差來實現距離探測，另一個是發射一個幅度調制的連續正/余弦調制信號或者方波調制信號，接收系統接收此發射信號被目標物反射回的能量，通過計量發射和接收信號之間的相位差來實現目標距離的探測；直接探測系統結構簡單，信號處理技術成熟，但由于探測器響應度有限，外界噪聲信號干擾較強，需要較高的信噪比來實現準確探測，往往需要較高的激光發射能量，較強的光功率往往意味著更高的功耗和人眼傷害。

相干探測方案主要分為調頻連續波模式和調相連續波模式，調頻連續波探測系統中，發射端發出經過頻率調制的連續信號，目標物將反射回一部分激光能量被探測系統接收，在探測端本振信號與接收信號進行相干處理輸出接收信號，處理系統通過探測發射信號和接收信號直接的頻率差來計算目標物的距離和相對徑向速度，調相連續波探測系統中，發射端發出經相位調制的一系列連續光信號，目標物將反射回一部分激光能量被探測系統接收，在探測端本振信號與接收信號進行相干處理輸出接收信號，處理系統解析恢復接收到的信號編碼，通過對比接收到的序列與發射序列的時間延時來計算目標物的距離，通過信號處理計算多普勒頻移來獲取目標物的相對徑向速度；現有的相干探測系統由于探測靈敏度較高，且抗干擾能力強，所以相比直接探測只需較低的激光功率即可達到相當的或者更強的探測效果，但是探測過程中需要昂貴的頻率調制或者相位調制器件，且在信號處理端需要復雜的算法來進行信號解析。

因此，設計一種新型的結合直接探測的簡單信號處理方法和相干探測系統高靈敏度的特點的激光探測系統及探測方法對本領域來說是至關重要的。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種脈沖發射相干接收的激光探測系統及探測方法，克服了現有技術中直接探測系統響應度有限，易受外界噪聲干擾以及需要較高激光發射能量的缺陷，以及現有技術中的相干探測系統需要昂貴的調制器件，且需要復雜算法進行信號解析的缺陷。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種脈沖發射相干接收的激光探測系統，其優選方案在于：所述激光探測系統包括激光種子源、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、用于光偏轉掃描的掃描器、混頻器、用于將光信號轉換為數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射帶有功率偏置的脈沖信號，脈沖信號經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掃描，當探測信號探測到目標后產生回波信號，所述回波信號經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送至信號處理組件，信號處理組件將相干處理后的信號轉換為數字信號并發送回主控單元，以計算得到目標距離。