一种双频线性调频相干测风激光雷达制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种激光雷达系统，包括光源模块、调制光模块、发射接收模块、探测模块以及信号处理模块；通过对双波长激光光束经调制光模块进行线性调制转化为双频线性调频连续波激光光束；将其中一束光作为本振光光束，另一束光用于与探测目标相互作用的信号光，该信号光经探测目标散射回波信号；通过对本振光光束与回波信号进行相干拍频以获得双波长多普勒频移差值信息。本申请技术方案采用双波长线性调频激光，极大降低了非线性调频和大气湍流效应对测速分辨率的影响，实现了对探测目标同时进行测距测速，具有探测精度高、抗电磁干扰、无距离盲区等优点。

A lidar system

The embodiment of the invention discloses a laser radar system includes a light source module, modulation module, light transmitting and receiving module, detection module and signal processing module; based on the dual wavelength laser beam through optical modulation module into linear modulation frequency of linear frequency modulated continuous wave laser beam; one beam of light as the light beam on the other, a beam of light for the target and detecting the interaction of signal light and the signal light by detecting the target scattering echo signal; based on the vibration of the beam and the echo signal of the coherent beat with dual wavelength Doppler frequency difference information. The application of the technical scheme of dual wavelength linear frequency modulated laser, which greatly reduces the influence of Nonlinear FM and the effects of atmospheric turbulence on velocity resolution is realized at the same time, range and velocity on object detection, has the advantages of high detection accuracy, anti electromagnetic interference, no range blind area etc..

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达系统
本专利技术涉及雷达领域，特别是涉及一种激光雷达系统。
技术介绍
随着光学技术的发展，激光雷达由于其方向性好、时间分辨率和空间分辨率高、精度高、非接触测量等优势，在导航、航天、气象要素测量与大气环境监测等领域发展迅速，应用广泛。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，主要由激光发射机、光学接收机和信息处理系统等组成。通过向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行相应处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而实现对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。双频相干激光雷达是一种通过相干拍频检测双波长多普勒频移的差异反演被测目标速度的雷达体制，需提取信息从多普勒频移转变为多普勒频移差值，抑制了由散斑噪声造成的多普勒频移谱线展宽，极大降低了大气湍流引起的散斑噪声对测速分辨率的影响，并将信号处理环节从光路部分转变为技术成熟的电路部分。可实现近距离或远距离精确测速，在远程或便携式探测，大气遥感等领域有很大的应用潜能。但双频相干激光雷达难以实现同时测距测速。另一方面，传统激光雷达应用线性调频技术后距离分辨力极高，在近距离精密探测、三维距离成像和太空舱自主安全软着陆中有重要应用，但非线性调频和大气湍流效应严重影响了其系统实际测距分辨率和测速分辨率。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种激光雷达系统，可同时实现对被测目标测距测速、并极大降低非线性扫频和大气湍流效应对测速分辨率的影响，距离分辨力和速度分辨力高，抗电磁干扰且无距离盲区。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供以下技术方案：本专利技术实施例提供了一种激光雷达系统，包括：光源模块、调制光模块、发射接收模块、探测模块以及信号处理模块；其中，所述光源模块用于出射预设波长的双波长激光光束；所述调制光模块用于对所述双波长激光光束进行线性调制，以出射双频线性调频连续波激光光束；所述发射接收模块用于将所述双频线性调频连续波激光光束分为第一激光光束以及第二激光光束，所述第一激光光束入射至探测目标，所述第二激光光束作为本振光光束；并接收所述探测目标后向散射回波信号；所述探测模块用于对所述本振光光束与所述回波信号进行光学拍频，以获得多普勒频移信息，同时将光信号转换成电信号；所述信号处理模块用于对所述电信号进行微波拍频，以获得多普勒频移差值信息。可选地，所述调制光模块包括：调制器以及信号发生器；其中，所述调制器用于对所述双波长激光光束进行线性调频；所述信号发生器与所述调制器相连，用于为所述调制器提供调制信号。可选地，所述调制光模块还包括：滤波器，所述滤波器与所述调制器相连，用于对所述双频线性连续波激光光束中的背景噪声进行滤除。可选地，所述调制光模块还包括：激光放大器，所述激光放大器与所述滤波器相连，用于将过滤后的双频线性连续波激光光束的能量进行放大。可选地，所述发射接收模块包括：第一分束器、第二分束器、光学收发装置以及环形器；其中，所述第一分束器与所述激光放大器相连，用于将所述双频线性连续波激光光束分为所述第一激光光束以及所述第二激光光束；所述环形器分别与所述光学收发装置、所述第一分束器以及所述第二分束器相连，用于将所述第一激光光束入射至所述光学收发装置，将所述第二激光光束入射至所述第二分束器；并将所述回波信号入射到所述第二分束器；所述光学收发装置用于将所述第一激光光束入射至所述探测目标上，并接收与所述探测目标相互作用后散射的回波信号并将其入射至所述环形器；所述第二分束器用于将所述回波信号与所述第二激光光束入射至所述探测模块。可选地，所述探测模块包括：平衡探测器，所述平衡探测器与所述第二分束器相连，用于对所述第二激光光束与所述回波信号进行光学拍频，以获得双频多普勒频移信号。可选地，所述信号处理模块包括：采集卡以及数据处理装置；所述采集卡与所述平衡探测器相连，用于采集信号；所述数据处理装置与所述采集卡相连，用于对所述电信号进行微波拍频，以获得双频多普勒频移差值信号，以此反演目标的距离与速度信息。可选地，所述发射接收模块还包括：衰减器，分别与所述第一分束器与所述第二分束器相连，用于对所述第二激光光束进行衰减，经衰减后的光束作为所述本振光光束。可选地，所述数据处理装置包括：DSP数据处理单元以及计算机。本专利技术实施例提供了一种激光雷达系统，包括光源模块、调制光模块、发射接收模块、探测模块以及信号处理模块；通过对双波长激光光束经调制光模块进行线性调制转化为双频线性调频连续波激光光束；将其中一束光作为本振光光束，另一束光用于与探测目标相互作用并经探测目标散射回波信号；通过对本振光光束与回波信号进行相干拍频以获得双波长多普勒频移差值信息。本申请技术方案采用双波长线性调频激光，系统结构和信号处理部分相比现有技术较为简单；由于大气湍流对两个调频光束影响相同，故降低了因探测目标不平整和大气湍流效应引起的散斑噪声的影响；由于采用线性连续波作为相干光束，故其距离分辨力高、距离无盲区；此外，可实现对探测目标同时进行测距测速。在光学拍频的基础上进一步进行微波拍频以获得多普勒频移差值信息，由于任何同时作用在两个频率不同的线性调频信号的相位上的误差项，都不会影响微波拍频所得的差频信号的相位，故解决了扫频非线性问题；由于差频信号的频率相比日常生活中常用的中频信号的频率要低的多，故一定程度上可抗电磁干扰。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的激光雷达系统在一种具体实施方式的结构框图；图2为本专利技术实施例提供的一个示例性应用场景的系统结构示意图；图3为图2中激光雷达系统的工作原理示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。请参阅图1，图1为本专利技术实施例提供的一种具体实施方式下的激光雷达系统结构框图。激光雷达系统可包括光源模块1、调制光模块2、发射接收模块3探测模块4以及信号处理模块5。光源模块1用于出射预设波长的双波长激光光束，两束激光光束的中心频率不同，波长的值可根据用户或实验人员的需求进行选择，本专利技术对此不做任何限定。光源模块可为一台双频激光源，也可为两台激光源发射两束不同波长的激光。在一种具体的实施方式中，激光源可为双频激光器、锁模激光器或种子注入半导体激光器。调制光模块2用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光雷达系统，其特征在于，包括：光源模块、调制光模块、发射接收模块、探测模块以及信号处理模块；其中，所述光源模块用于出射预设波长的双波长激光光束；所述调制光模块用于对所述双波长激光光束进行线性调制，以出射双频线性调频连续波激光光束；所述发射接收模块用于将所述双频线性调频连续波激光光束分为第一激光光束以及第二激光光束，所述第一激光光束入射至探测目标，所述第二激光光束作为本振光光束；并接收所述探测目标后向散射回波信号；所述探测模块用于对所述本振光光束与所述回波信号进行光学拍频，以获得多普勒频移信息，同时将光信号转换成电信号；所述信号处理模块用于对所述电信号进行微波拍频，以获得多普勒频移差值信息。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：光源模块、调制光模块、发射接收模块、探测模块以及信号处理模块；其中，所述光源模块用于出射预设波长的双波长激光光束；所述调制光模块用于对所述双波长激光光束进行线性调制，以出射双频线性调频连续波激光光束；所述发射接收模块用于将所述双频线性调频连续波激光光束分为第一激光光束以及第二激光光束，所述第一激光光束入射至探测目标，所述第二激光光束作为本振光光束；并接收所述探测目标后向散射回波信号；所述探测模块用于对所述本振光光束与所述回波信号进行光学拍频，以获得多普勒频移信息，同时将光信号转换成电信号；所述信号处理模块用于对所述电信号进行微波拍频，以获得多普勒频移差值信息。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调制光模块包括：调制器以及信号发生器；其中，所述调制器用于对所述双波长激光光束进行线性调频；所述信号发生器与所述调制器相连，用于为所述调制器提供调制信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调制光模块还包括：滤波器，所述滤波器与所述调制器相连，用于对所述双频线性连续波激光光束中的背景噪声进行滤除。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述调制光模块还包括：激光放大器，所述激光放大器与所述滤波器相连，用于将过滤后的双频线性连续波激光光束的能量进行放大。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述发射接收模块包括：第一分束器、第二分束器、光学收发装置以及环形器；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏海云，王璐，王冲，上官明佳，窦贤康，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34