多功能双调频相干激光雷达制造技术

一种多功能双调频相干激光雷达，其构成包括单频激光器、分束器、第一光频调制器、激光放大器、收发望远镜、光学扫描器、第二光频调制器、光学复数化器、信号发生器、数字延时控制器、信号采集与处理器。本发明专利技术能实现激光测距、测速、三维扫描成像、激光合成孔径成像等多种功能，具有系统结构简单、易于集成和小型化的特点，可实现目标的高精度数据获取，抑制背景光干扰，有效提高成像灵敏度，特别适用于远距离目标的多维度信息探测。

Multifunctional dual frequency modulation coherent lidar

【技术实现步骤摘要】
多功能双调频相干激光雷达
本专利技术涉及相干激光雷达，特别是一种多功能双调频的相干激光雷达。
技术介绍
激光雷达在目标识别、分类和精确瞄准等方面有非常明显的技术优势。目前已经研制和开发出大量不同技术体制的激光雷达。主要可分为非相干光直接探测方式和相干光外差探测方式。最为典型的非相干三维激光雷达是基于飞行时间法(TOF)的脉冲激光三维成像雷达[参见文献[1]S.Hu,S.S.Young,T.Hong,J.P.Reynolds,K.Krapels,B.Miller,J.Thomas,andO.Nguyen.Super-resolutionforflashladarimagery.Appl.Opt.49,772(2010)；文献[2]P.Cho,H.Anderson,R.Hatch,P.Ramaswami.Real-time3Dladarimaging.Linc.Lab.J.16,147(2006).]，已广泛应用于无人机、自动驾驶等领域，其国内外公司相继投入大量资金研发推出了多种车载激光三维雷达[参见文献3：J.Gao,J.Sun,andM.Cong.ResearchonanFM/cwladarsystemusinga64×64InGaAsmetal-semiconductor-metalself-mixingfocalplanearrayofdetectors.Appl.Opt.56,2858(2017).；文献4：B.Stann,B.C.Redman,W.Lawler,M.Giza,andJ.Dammann.ChirpedamplitudemodulationladarforrangeandDopplermeasurementsand3-Dimaging.SPIE,655005(2007)；文献5：X.Ren,Y.Altmann,R.Tobin,A.Mccarthy,S.Mclaughlin,andG.S.Buller,"Wavelength-timecodingformultispectral3Dimagingusingsingle-photonLiDAR,"Opt.Express,26,30146(2018)]。它们采用强度探测，具有原理简单、技术路线简单、技术成熟度高的优点，但仍存在抗干扰严重、探测距离近、灵敏度低等问题。而相干外差探测方式采用本振激光与回波信号激光在光电探测器进行外差技术，可以抑制背景噪声，抗干扰能力强，可有效提高信噪比，同时可以获得多维信息：距离、速度、偏振等。近年来被广泛研究并应用于目标的探测识别与成像领域，包括激光合成孔径雷达(即激光SAR)[参见文献6：L.Liu,“Coherentandincoherentsynthetic-apertureimagingladarsandlaboratory-spaceexperimentaldemonstrations[Invited].Appl.Opt.,52,579(2013)；文献7：G.Li,Z.Lu,Y.Zhou,J.Sun,Q.Xu,C.Lao,H.He,G.Zhang,andL.Liu,Far-fieldoutdoorexperimentaldemonstrationofdown-lookingsyntheticapertureladar.Chin.Opt.Lett.15,082801(2017)；文献8：B.Krause,J.Buck,C.Ryanetal..Syntheticapertureladarflightdemonstration[C].CLEO:2011-LaserApplicationstoPhotonicApplications,OSATechnicalDigest(CD)(OpticalSocietyofAmerica,2011),paperPDPB7。]等。对于相干激光雷达，有基于伪随机编码的相干激光雷达[参见文献9：JosephBuck,AndrewMalm,AndrewZakel,BrianKrause,etal.High-resolution3DCoherentLaserRadarImaging.SPIE,2007,6550,655002.]，存在探测带宽高、硬件复杂。有NASA的自主着陆和危险回避项目(ALHAT)，用于NASA的对月球和火星的载人和机器人的空间探测计划中的着陆过程，其中用于距离和速度测量的多普勒雷达是一种全光纤线性调频连续波相干(FMCW)激光雷达，采用单路调频和光纤延迟实现了距离和速度的测量[参见文献10：F.Amzajerdian,D.Pierrottet,L.Petway,etal.Lidarsystemsforprecisionnavigationandsafelandingonplanetarybodies,2011:819202-819202-819207.文献11：D.F.Pierrottet,F.Amzajerdian,L.Petway,etal.LinearFMCWlaserradarforprecisionrangeandvectorvelocitymeasurements.In:Proc.Mater.Res.Soc.Symp:CambridgeUnivPress,2008:1076-K1004.]，存在距离测程范围有限、重频低。还有GuyNPearson[参见文献12：GuyNPearson,KevinDRidleyandDavidVWilletts.Longrange3Dactiveimagerywithascannedsingleelement1.55mcoherentlidarsystem.SPIE,2005,5988,59880M.]采用锯齿状的低重频调频连续波实现了室外的相干三维激光成像，同样存在成像时间长、重频低等等。相干激光雷达具有高灵敏度的多维度信息探测等优点，相干激光雷达朝着远距离、高重频、大范围、多功能等方向发展，但现有的相干激光雷达体制功能单一、采用单路固定的物理延时、一般有电流调制、腔长调制等内调制容易导致激光相干性差、重频低，进而影响成像距离等。在远距离的实时应用中亟需多种功能集成的一体化、兼具高重频、远距离、高相干的激光雷达。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的困难，提出了一种多功能双调频相干激光雷达，该激光雷达能实现激光测距、测速、三维扫描成像、激光合成孔径成像等多种功能，具有系统结构简单、易于集成和小型化的特点，可实现目标的高精度数据获取，抑制背景光干扰，有效提高成像灵敏度，特别适用于远距离目标的多维度信息探测。本专利技术的技术解决方案如下：一种多功能双调频相干激光雷达，其特点在于：包括单频激光器、分束器、第一光频调制器、激光放大器、收发望远镜、光学扫描器、第二光频调制器、光学复数化器、信号发生器、数字延时控制器和信号采集与处理器，上述部件的位置关系如下：所述的单频激光器输出的光束经过分束器分为信号光束和本振光束：所述的信号光束经过第一光频调制器、激光放大器、收发望远镜和光学扫描器指向发射至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能双调频相干激光雷达，其特征在于：包括单频激光器(1)、分束器(2)、第一光频调制器(3)、激光放大器(4)、收发望远镜(5)、光学扫描器(6)、第二光频调制器(7)、光学复数化器(8)、信号发生器(9)、数字延时控制器(10)和信号采集与处理器(11)，上述部件的位置关系如下：/n所述的单频激光器(1)输出的光束经过分束器(2)分为信号光束和本振光束：所述的信号光束经过第一光频调制器(3)调制后，经所述的激光放大器(4)、收发望远镜(5)和光学扫描器(6)指向发射至雷达目标，该雷达目标的散射回波经所述的光学扫描器(6)、收发望远镜(5)进入所述的光学复数化器(8)；/n所述的本振光束经第二光频调制器(7)调制后进入所述的光学复数化器(8)；/n所述的第一光频调制器(3)和第二光频调制器(7)由所述的信号发生器(9)产生调制信号进行光频调制，所述的本振光束的调制信号为经过所述的数字延时控制器(10)数字延时控制后对所述的对输入第二光频调制器(7)的本振光束进行调制，第二光频调制器(7)输出调制激光，所述的数字延时控制器(10)根据不同的工作距离对本振光束进行不同的时延的数字延时控制；/n所述的光学复数化器(8)对回波信号与所述的第二光频调制器(7)同步输入的调制激光进行相干解调，最后由信号采集与处理器(11)进行采集处理。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多功能双调频相干激光雷达，其特征在于：包括单频激光器(1)、分束器(2)、第一光频调制器(3)、激光放大器(4)、收发望远镜(5)、光学扫描器(6)、第二光频调制器(7)、光学复数化器(8)、信号发生器(9)、数字延时控制器(10)和信号采集与处理器(11)，上述部件的位置关系如下：
所述的单频激光器(1)输出的光束经过分束器(2)分为信号光束和本振光束：所述的信号光束经过第一光频调制器(3)调制后，经所述的激光放大器(4)、收发望远镜(5)和光学扫描器(6)指向发射至雷达目标，该雷达目标的散射回波经所述的光学扫描器(6)、收发望远镜(5)进入所述的光学复数化器(8)；
所述的本振光束经第二光频调制器(7)调制后进入所述的光学复数化器(8)；
所述的第一光频调制器(3)和第二光频调制器(7)由所述的信号发生器(9)产生调制信号进行光频调制，所述的本振...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢智勇，孙建锋，周煜，王利娟，许倩，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31