一种基于DWDM的激光雷达系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于DWDM的激光雷达系统，本发明专利技术的DWDM模块将输入的激光信号分为N个信号输出；探测器模块包括N个探测器，N个探测器与DWDM模块的N个输出端对应连接。本发明专利技术提出在发射端采用宽谱激光光源，在接收端采用DWDM的激光雷达方案。通过采用宽谱光源，一方面提高了激光发射功率，另一方面降低雷达对光源的要求，降低成本。通过采用DWDM模块，一方面大幅提高了激光雷达系统接收信号的光子技术率，降低了高功率信号的探测器饱和效应，另外一方面降低激光雷达的噪声，提高探测的信噪比。

A lidar system based on DWDM

The invention discloses a laser radar system based on DWDM. The DWDM module divides the input laser signal into N signal outputs; the detector module includes N detectors, and N detectors are connected with N output terminals of the DWDM module. The invention proposes a wide spectrum laser source at the transmitter end and a DWDM lidar scheme at the receiving end. By using wide spectrum light source, on the one hand, the laser transmitting power is increased, on the other hand, the requirement of radar light source is reduced, and the cost is reduced. By using the DWDM module, on the one hand, the photon technology rate of the received signal of the lidar system is greatly improved, the detector saturation effect of the high power signal is reduced, on the other hand, the noise of the lidar is reduced, and the signal-to-noise ratio of the detection is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于DWDM的激光雷达系统
本专利技术涉及激光雷达系统，尤其涉及一种基于DWDM的激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达是一种主动的现代光学遥感技术，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光具有高亮度、高方向性、高相干性、高峰值功率的特点。因此，激光雷达具有高角分辨率、高的距离分辨率、高时间分辨率、高测量精度、远探测距离、多目标探测、强抗干扰的优点。通过以激光为信息载体，激光雷达可以用振幅、频率、相位、偏振来搭载信息。因此，其不仅可以精确测距，还可以精确测量频移、角度、姿态、退偏振。继微波雷达之后，激光雷达将辐射源的频率提高到了光频率，比毫米波高出四个数量级，这使之能够探测微小自然目标，如大气中的气溶胶和分子。随着激光技术和光电子学技术的发展，激光雷达已成为重要遥感探测手段。探测器是激光雷达系统的重要组成部分，探测器的能力直接决定了激光雷达系统的信号强度。激光光源的功率和线宽决定了整个激光雷达系统的分辨率和探测能力。激光光源的功率越高，线宽越窄，激光雷达的分辨率越高，探测效率越高。但是，对于现有的高功率的激光雷达系统，由于探测器的饱和效应，限制了激光雷达的探测效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种基于DWDM的激光雷达系统，能够显著提高激光雷达系统的探测效率。本专利技术是这样实现的：一种基于DWDM的激光雷达系统，包括：光源模块、滤波模块、光放大模块、光学收发模块、密集波分复用模块DWDM模块、探测器模块、数据采集模块和数据处理模块，其中：所述光源模块用于输出激光光束；所述滤波模块用于对光源模块发射的光束进行滤波；所述光放大模块用于对滤波模块输出的激光进行放大，并输入到光学收发模块；所述光学收发模块用于将输入的激光输出到大气中，并接收大气回波信号，从光学收发模块输出的大气回波信号输入到DWDM模块；所述DWDM模块用于将输入的激光信号分为N个信号输出；其中，N为自然数；所述探测器模块用于检测所述DWDM模块输出的信号，并将检测到的信号依次输出到数据采集模块和数据处理模块；所述探测器模块包括N个探测器，所述N个探测器与DWDM模块的N个输出端对应连接；所述数据采集模块用于将探测器模块输入的电信号转换为数字信号，所述数据处理模块用于根据预定的算法对所述数字信号处理，得到目标参数。进一步的，所述光源模块包括连续光源和脉冲发生器，所述连续光源的输出端与脉冲发生器的输入端连接。进一步的，所述光源模块包括脉冲激光器。进一步的，所述连续光源为自发辐射ASE光源。进一步的，所述光放大模块为掺铒光纤放大器EDFA或掺铥光纤放大器TDFA。进一步的，所述光源模块、滤波模块、光放大模块、光学收发模块、密集波分复用模块DWDM模块和探测器模块直接均通过光纤连接；所述光源模块的输出端与滤波模块的输入端连接，所述滤波模块的输出端与光放大模块的输入端连接，所述光放大模块的输出端与光学收发模块的输入端连接，所述光学收发模块的输出端与DWDM模块的输入端连接；所述DWDM模块包括N个输出端，每个输出端用于输出一个波束；所述探测器模块包括N个探测器，所述N个探测器与DWDM模块的N个输出端对应连接；所述N个探测器的输出端与所述数据采集模块连接，所述数据采集模块与数据处理模块连接。进一步的，所述光学收发模块包括光纤环形器和收发望远镜，所述光放大模块的输出端与所述光纤环形器的输入端连接，所述光纤环形器的收发端与收发望远镜的输入端连接，所述光纤环形器的输出端与DWDM模块的输入端连接。进一步的，所述光学收发模块包括发射望远镜和接收望远镜，所述光放大模块的输出端与所述发射望远镜的输入端连接，所述接收望远镜的输出端与DWDM模块的输入端连接。进一步的，所述滤波模块为光纤布拉格光栅FBG。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用DWDM模块的激光雷达系统在保证光源的高功率的前提下，大幅提高了激光雷达系统接收信号的光子技术率，同时降低了高功率信号的探测器饱和效应：探测器的饱和效应是指，当探测器接收的光强超过阈值时，探测器饱和，无法继续接收光信号。因此，激光雷达接收信号的功率受到探测器的饱和效应的限制。本专利技术为了解决这一问题，利于DWDM模块波分复用的特性，将接收到的大气回波信号密集地分为波长差极小的多路光信号(输出，每一路信号均通过一个探测器接收，N路信号通过N个探测器接收，探测器的总计数率是单个探测器的N倍，从而实现激光雷达系统探测计数率的倍增。(2)本专利技术的激光雷达系统能够有效地降低系统噪声，提高探测效率：DWDM模块可将输入的光波密集地分为波长差极小的多路窄带光信号(波长差可达到亚纳米级)，DWDM的特性决定了其本身就是天然的滤波器，通过DWDM模块输出的每一路信号均具有非常窄的带宽，光束质量非常好，从而显著提高了探测效率，降低系统噪声，提高探测信号的信噪比。将DWDM模块应用于激光雷达中，作为大气回波信号的滤波器件，在实现探测光子计数率倍增的同时还能降低系统噪声，从而极大地提高探测效率。(3)本专利技术由于采用DWDM模块作为滤波器件，激光雷达系统对回波信号进行采集和处理时，不需要额外地增加滤光器件，从而有效地节约系统成本、减小系统尺寸和装配精度，并进一步避免了由于引入新的光学滤波器件带来的光信号的损耗、引入额外的噪声及误差。(4)本专利技术的技术方案，通过采用宽谱光源(如ASE光源)，一方面提高了激光发射功率，另一方面降低雷达对光源的要求，大幅降低成本，从而使宽谱光源(如ASE光源)也能够应用于激光雷达系统中。宽谱光源(谱宽大于30nm的光源)虽然功率高，但由于其光谱宽度较宽，限制了其在激光雷达中的应用。高功率的窄带激光器的价格是宽谱光源价格的几十倍，采用本专利技术的技术方案，克服了现有的激光雷达对光源谱宽要求苛刻的技术偏见，显著地降低了激光雷达的成本。采用本专利技术的技术方案，采用非常低的代价，就能获得很高的激光发射功率，同时，以极低的成本大幅提高探测信号的计数率和信噪比。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案和优点，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它附图。图1是本专利技术实施例1提供的基于DWDM的激光雷达系统的结构框图；图2是本专利技术实施例2提供的基于DWDM的激光雷达系统的结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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的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。实施例1：如图1所示，本专利技术实施例1提供了一种基于DWDM的激光雷达系统，包括：光源模块1、滤波模块2、光放大模块3、光学收发模块、密集波分复用模块DWDM模块6、探测器模块7、数据采集模块8和数据处理模块9，其中：所述光源模块1用于输出激光光束；在本专利技术的一个实施例中，光源模块1包括连续光源11和脉冲发生器12。在另一个实施例中，光源模块1可以是脉冲激光器。所述滤波模块2用于对光源模块1发射的光束进行滤波；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DWDM的激光雷达系统，其特征在于，包括：光源模块、滤波模块、光放大模块、光学收发模块、密集波分复用模块DWDM模块、探测器模块、数据采集模块和数据处理模块，其中：所述光源模块用于输出激光光束；所述滤波模块用于对光源模块发射的光束进行滤波；所述光放大模块用于对滤波模块输出的激光进行放大，并输入到光学收发模块；所述光学收发模块用于将输入的激光输出到大气中，并接收大气回波信号，从光学收发模块输出的大气回波信号输入到DWDM模块；所述DWDM模块用于将输入的激光信号分为N个信号输出；其中，N为自然数；所述探测器模块用于检测所述DWDM模块输出的信号，并将检测到的信号依次输出到数据采集模块和数据处理模块；所述探测器模块包括N个探测器，所述N个探测器与DWDM模块的N个输出端对应连接；所述数据采集模块用于将探测器模块输入的电信号转换为数字信号，所述数据处理模块用于根据预定的算法对所述数字信号处理，得到目标参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于DWDM的激光雷达系统，其特征在于，包括：光源模块、滤波模块、光放大模块、光学收发模块、密集波分复用模块DWDM模块、探测器模块、数据采集模块和数据处理模块，其中：所述光源模块用于输出激光光束；所述滤波模块用于对光源模块发射的光束进行滤波；所述光放大模块用于对滤波模块输出的激光进行放大，并输入到光学收发模块；所述光学收发模块用于将输入的激光输出到大气中，并接收大气回波信号，从光学收发模块输出的大气回波信号输入到DWDM模块；所述DWDM模块用于将输入的激光信号分为N个信号输出；其中，N为自然数；所述探测器模块用于检测所述DWDM模块输出的信号，并将检测到的信号依次输出到数据采集模块和数据处理模块；所述探测器模块包括N个探测器，所述N个探测器与DWDM模块的N个输出端对应连接；所述数据采集模块用于将探测器模块输入的电信号转换为数字信号，所述数据处理模块用于根据预定的算法对所述数字信号处理，得到目标参数。2.根据权利要求1所述的基于DWDM的激光雷达系统，其特征在于，所述光源模块包括连续光源和脉冲发生器，所述连续光源的输出端与脉冲发生器的输入端连接。3.根据权利要求2所述的基于DWDM的激光雷达系统，其特征在于，所述连续光源为自发辐射ASE光源。4.根据权利要求1所述的基于DWDM的激光雷达系统，其特征在于，所述光放大模块为掺铒光纤放大器EDFA或掺铥光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏和娣，张苏，黄允芳，
申请(专利权)人：合肥菲涅尔光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34