一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统及方法技术方案

技术编号:15435664 阅读:356 留言:0更新日期:2017-05-25 18:16
本发明专利技术公开了一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统及方法。该系统包括:第一激光器、第二激光器、收发镜头、合束器及锁频环:第一激光器,用于在第一预设温度产生发射光源;第二激光器,用于在第二预设温度产生本振参考光;收发镜头,用于将发射光源发射至目标,并接收目标反射的回波信号;合束器,用于将回波信号与本振参考光进行合束处理;锁频环,用于根据合束处理后的信号对本振参考光进行频率调制,当本振参考光与回波信号的频差满足预设条件时,完成对回波信号的跟踪锁定。借助于本发明专利技术的技术方案,能够实现对高速运动目标光频率的跟踪锁定,从而实现克服高速运动目标所产生的多普勒频移对相干测距的影响。

Optical frequency tracking locking system and method applied to laser coherent ranging

The invention discloses an optical frequency tracking locking system and method applied to laser coherent ranging. The system includes: first, second laser, laser receiving lens, beam combiner and frequency locked loop: the first laser emission source for generating the first preset temperature; second laser for the preset temperature in second to produce the vibration of the reference light; receiving lens, for emitting light emission to the target echo signal, and receives the target reflection; buncher for beam processing of echo signal and the local oscillator reference light; FLL, according to the signal processing of the vibration of the beam after the reference light frequency modulation, when the vibration signal and the reference light echo frequency difference satisfies the preset condition, the echo signal tracking. By means of the technical proposal of the invention, the tracking and locking of the optical frequency of the high-speed moving target can be realized, so as to overcome the influence of the Doppler frequency shift produced by the high-speed moving target on the coherent ranging.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统及方法
本专利技术涉及移动通讯领域,特别涉及一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统及方法。
技术介绍
激光的高相干性使相干光作为雷达发射源成为可能,激光相干探测相较传统直接探测具有高出数个量级的探测灵敏度,具有较好的应用前景,因此相干探测技术被运用到激光雷达中。测距是雷达的一项非常重要的指标,激光相干测距雷达的原理是,将光源分成两路,分别作为本振光和发射光。发射光照射目标返回后携带了目标的距离信息,返回光与本振光混频,从混频结果中可得知距离信息,完成探测,传统相干测距系统的模型示意图如图1所示。在实际试验中,上述方案可以满足探测静止或低速运动目标,但如果是探测高速飞机,回波信号会因为飞机运动产生非常大的多普勒频移,频移可能达到几百兆甚至几吉赫兹,这样信号就超出系统的探测带宽,系统就失去了测距能力。
技术实现思路
为了有效的克服运动目标带来的多普勒干扰,解决激光相干测距只能测量静止或低速运动目标的问题,本专利技术提供了一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统及方法。本专利技术提供了一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统,包括:第一激光器、第二激光器、收发镜头、合束器及锁频环:所述第一激光器,用于在第一预设温度产生发射光源;所述第二激光器,用于在第二预设温度产生本振参考光;所述收发镜头,用于将所述发射光源发射至目标,并接收所述目标反射的回波信号;所述合束器,用于将所述回波信号与所述本振参考光进行合束处理;所述锁频环,用于根据合束处理后的信号对所述本振参考光进行频率调制,当所述本振参考光与所述回波信号的频差满足预设条件时,完成对所述回波信号的跟踪锁定。本专利技术还提供的一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定方法,包括以下步骤:第一激光器在第一预设温度产生发射光源,并发射至目标;第二激光器在第二预设温度产生本振参考光;接收所述目标反射的回波信号;将所述回波信号与所述本振参考光进行合束处理;根据合束处理后的信号对所述本振参考光进行频率调制,当所述本振参考光与所述回波信号的频差满足预设条件时,完成对所述回波信号的跟踪锁定。本专利技术有益效果如下:本专利技术实施例提供的应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统及方法,针对高速运动目标产生较大多普勒频移导致信号超出系统带宽的问题,使用两台激光器分别作为发射源和本振源,然后使用本振源进行扫频,完成对回波信号的搜索跟踪,使回波满足系统带宽,能够实现对高速运动目标光频率的跟踪锁定,克服高速运动目标所产生的多普勒频移对相干测距的影响,进而实现对高速运动目标的相干探测,解决了激光相干测距测量高速运动目标的问题。附图说明图1为传统相干测距系统的模型示意图;图2是本专利技术装置实施例的应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统的结构示意图;图3是本专利技术装置实施例的锁频环的结构示意图;图4是本专利技术方法实施例的应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定方法的流程图;图5是本专利技术方法实施例中锁定控制算法的示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。为了有效的克服运动目标带来的多普勒干扰,解决激光相干测距只能测量静止或低速运动目标的问题,本专利技术提供了一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定方法及装置,以下结合附图以及实施例,对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不限定本专利技术。根据本专利技术的装置实施例,提供了一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定装置,图2是本专利技术装置实施例的应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统的结构示意图,如图2所示,根据本专利技术装置实施例的应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定装置包括:第一激光器20、第二激光器22、收发镜头24、合束器26及锁频环28,以下对本专利技术实施例的各个模块进行详细的说明。本专利技术装置实施例采用第一激光器20和第二激光器22,两台激光器波长不可能做到绝对一致,波长可能相差数十个皮米。对于波长1550nm激光器,假设波长相差1皮米(pm),光频相差可达百兆赫兹。并且,激光器波长对温度和调制电流变化极其敏感,温度和调制电流变化引起的频漂变化极大,频差很容易就达到数吉赫兹,因此需要设定第一激光器的工作温度(即第一预设温度)和第二激光器的工作温度(即第二预设温度)。所述第一激光器20,用于在第一预设温度产生发射光源;所述第二激光器22,用于在第二预设温度产生本振参考光;所述收发镜头24,用于将所述发射光源发射至目标,并接收所述目标反射的回波信号;所述合束器26,用于将所述回波信号与所述本振参考光进行合束处理;所述锁频环28,用于根据合束处理后的信号对所述本振参考光进行频率调制,当所述本振参考光与所述回波信号的频差满足预设条件时,完成对所述回波信号的跟踪锁定。设回波信号频率为f1,本振光频率为f2,它们到达光探测器阴极表面的光振幅分别为:式中,A1、A2分别为两束光在光阴极表面处的振幅;f1、f2分别为两束光的光频;φ1、φ2分别为两束光的初始相位。两束光在光阴极表面的合成振幅度为:混频后转为电信号:从式中后一项中,可以得到两束光的光频差fd=f1-f2。fd为高速运动目标引起的多普勒频移,即作为闭环频率跟踪锁定的依据。图3本专利技术装置实施例的锁频环28的结构示意图,如图3所示,所述锁频环包括:光电探测器、鉴频器、FPGA及数模转换器DAC;所述光电探测器,用于将合束后的光信号进行光电混频,得到电信号;所述鉴频器,用于根据所述电信号得到所述本振参考光与所述回波信号的频差;所述FPGA,用于判断所述频差是否满足预设条件,如果所述频差满足预设条件,则完成对所述回波信号的跟踪锁定;如果所述频差不满足预设条件,则根据所述频差产生调制电压,并将所述调制电压输出到所述DAC;所述DAC,用于根据所述调制电压产生调制电流,并将所述调制电流输出到所述第二激光器,以降低所述第二激光器产生的本振参考光与所述回波信号的频差。具体的,如图3所示,所述锁频环28还包括温控模块:所述FPGA,还用于根据所述频差得到第一激光器的温差和第二激光器的温差;所述温控模块,用于按照所述第一激光器的温差对所述第一激光器的工作温度进行调整,以使所述第一激光器维持在所述第一预设温度;按照所述第二激光器的温差对所述第二激光器的工作温度进行调整,以使所述第二激光器维持在所述第二预设温度。具体的,所述第一预设温度和所述第二预设温度的确定方式包括:根据第一激光器和第二激光器的波长随温度的变化曲线,找到波长重合点,分别得到所述第一预设温度和所述第二预设温度。优选的,如图3所示,为了方便编程,所述锁频环28还包括与所述FPGA连接的微控单片机MCU。影响激光器频率的主要因素是温度和调制电压,本专利技术需要对这两个因素精确控制。激光器频率受温度变化较调制电流要大很多,且热量的吸收和释放都相对缓慢,因此需要第一激光器在第一预设温度工作,第二激光器在第二预设温度工作;通过温控模块,使第一激光器和第二激光器的工作温度保持稳定。调制电压对激光频本文档来自技高网...
一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统及方法

【技术保护点】
一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统,其特征在于,包括第一激光器、第二激光器、收发镜头、合束器及锁频环:所述第一激光器,用于在第一预设温度产生发射光源;所述第二激光器,用于在第二预设温度产生本振参考光;所述收发镜头,用于将所述发射光源发射至目标,并接收所述目标反射的回波信号;所述合束器,用于将所述回波信号与所述本振参考光进行合束处理;所述锁频环,用于根据合束处理后的信号对所述本振参考光进行频率调制,当所述本振参考光与所述回波信号的频差满足预设条件时,完成对所述回波信号的跟踪锁定。

【技术特征摘要】
1.一种应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统,其特征在于,包括第一激光器、第二激光器、收发镜头、合束器及锁频环:所述第一激光器,用于在第一预设温度产生发射光源;所述第二激光器,用于在第二预设温度产生本振参考光;所述收发镜头,用于将所述发射光源发射至目标,并接收所述目标反射的回波信号;所述合束器,用于将所述回波信号与所述本振参考光进行合束处理;所述锁频环,用于根据合束处理后的信号对所述本振参考光进行频率调制,当所述本振参考光与所述回波信号的频差满足预设条件时,完成对所述回波信号的跟踪锁定。2.如权利要求1所述的应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统,其特征在于,所述锁频环包括:光电探测器、鉴频器、FPGA及数模转换器DAC;所述光电探测器,用于将合束后的光信号进行光电混频,得到电信号;所述鉴频器,用于根据所述电信号得到所述本振参考光与所述回波信号的频差;所述FPGA,用于判断所述频差是否满足预设条件,如果所述频差满足预设条件,则完成对所述回波信号的跟踪锁定;如果所述频差不满足预设条件,则根据所述频差产生调制电压,并将所述调制电压输出到所述DAC;所述DAC,用于根据所述调制电压产生调制电流,并将所述调制电流输出到所述第二激光器,以降低所述第二激光器产生的本振参考光与所述回波信号的频差。3.如权利要求1所述的应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统,其特征在于,所述锁频环还包括温控模块:所述FPGA,还用于根据所述频差,确定所述第一激光器的温差和所述第二激光器的温差;所述温控模块,用于按照所述第一激光器的温差对所述第一激光器的工作温度进行调整,以使所述第一激光器维持在所述第一预设温度;按照所述第二激光器的温差对所述第二激光器的工作温度进行调整,以使所述第二激光器维持在所述第二预设温度。4.如权利要求1所述的应用于激光相干测距的光频率跟踪锁定系统,其特征在于,所述第一预设温度和所述第二预设温度的确定方式包括:根据第一激光器和第二激光器的波长随温度的...

【专利技术属性】
技术研发人员:颜子恒眭晓林刘波曹昌东赵娟莹吴姿妍
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第十一研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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