[發明專利]一種基于光學鎖相的相干激光雷達系統

在審

• 申請號: 202110404268.1
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113281778A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 徐衛明;胡恒;方付平;舒嶸;鄢朋朋;李兆洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

1.一種基于光學鎖相的相干激光雷達系統，包括窄線寬激光器(1)、任意波形發生器(2)、電光相位調制器(3)、第一聲光移頻器(4)、摻鉺光纖放大器(5)、發射望遠鏡(6)、接收望遠鏡(7)、第一IQ混頻器(8)、第一平衡探測器(9)、數據采集卡(10)、第二IQ混頻器(11)、第二平衡探測器(12)、乘法器(13)、低通濾波器(14)、鎖相環控制器(15)、壓控振蕩器(16)、第二聲光移頻器(17)、發射信號模塊(18)，其特征在于：

所述的窄線寬激光器(1)信號首先分成兩束，下臂信號經過由發射信號模塊(18)驅動的第二聲光移頻器(17)后作為本振光，上臂信號經過一個由任意波形發生器(2)驅動的電光相位調制器(3)和第一聲光移頻器(4)后作為信號光；該系統包含鎖相光路和信號光路兩部分，鎖相光路用來消除電光相位調制器(3)產生的隨機相位，信號光路用于探測；在鎖相光路中，信號光和本振光經過第二IQ混頻器(11)完成正交混頻，混頻后的IQ信號由第二平衡探測器(12)完成光電轉換；在信號光路中，信號光經過摻鉺光纖放大器(5)放大后耦合到發射望遠鏡(6)用于探測；由接收望遠鏡(7)接收到的回波信號與本振光依次經過第一IQ混頻器(8)和第一平衡探測器(9)完成光電轉換，包含目標信號的IQ信號由數據采集卡(10)完成數據采集；

在鎖相環路中，由第二平衡探測器(12)得到的IQ兩路電信號首先經過一個乘法器(13)完成鑒相，再由一個低通濾波器(14)濾除干擾得到誤差信號，該誤差信號反饋給鎖相環控制器(15)作為壓控振蕩器(16)的驅動信號，最后由壓控振蕩器去修改第一聲光移頻器(4)頻率和相位，使其跟蹤本振光，達到鎖相的目的。

2.根據權利要求1所述的一種基于光學鎖相的相干激光雷達系統，其特征在于：所述的窄線寬激光器(1)的線寬為1KHz，波長為1550nm，功率為13dbm。

3.根據權利要求1所述的一種基于光學鎖相的相干激光雷達系統，其特征在于：所述的任意波形發生器(2)輸出信號最大帶寬為5GHz，輸出功率為16dbm。電光相位調制器(3)的3db帶寬為10GHz。

4.一種基于權利要求1所述的一種基于光學鎖相的相干激光雷達系統的光學鎖相處理方法，其特征在于方法步驟如下：

1)在鎖相環路中，信號光和本振光經第二IQ混頻器(11)和第二平衡探測器(12)完成光電轉換得到IQ兩路信號，然后IQ兩路信號經乘法器(13)相乘，即可完成鑒相，其中，第二IQ混頻器(11)、第二平衡探測器(12)和乘法器(13)構成一個光學鑒相器；

2)鑒相器輸出經過一個低通濾波器(14)，濾除高頻信號，得到低頻信號，完成對誤差信號的實時跟蹤；

3)誤差信號經過鎖相環控制器(15)之后反饋給壓控振蕩器(16)，實時修改輸出信號的頻率和相位，同時，壓控振蕩器(16)又作為第一聲光移頻器(4)的驅動信號，從而使信號光達到來跟蹤本征光的目的，頻率鎖定后再完成相位鎖定，其中，壓控振蕩器(16)和第一聲光移頻器(4)一起構成一個光學壓控振蕩器；

4)本振光路中的第二聲光移頻器(17)和發射信號模塊(18)一起構成一個光學參考源；

5)步驟1)-4)，構成一個閉環回路，實現了以本振路為光學參考信號，消除了電光相位調制器(3)的引入的隨機相位。