一种基于相位调制编码脉冲的探测系统及探测方法技术方案

本发明专利技术涉及激光探测领域，具体涉及一种基于相位调制编码脉冲的探测系统及探测方法；所述探测系统包括用于发射光信号的种子源、分束器、用于相位调制和编码调制的相位调制器、光接收组件、用于光偏转扫描的扫描器、信号处理组件以及主控单元；本发明专利技术通过设计一种基于相位调制编码脉冲的探测系统及探测方法，以较低的激光功率实现了远距离的目标探测；进一步地，通过采用相位编码脉冲序列探测的方式，通过在探测信号中叠加带有编码的相位调制信号，可以实现多次脉冲序列同时飞行测量，有效提高了探测频率，同时，由于各序列的编码不同，在回波信号处理过程中可以进行区分，有效避免了信号混淆，从而有效避免测距模糊。从而有效避免测距模糊。从而有效避免测距模糊。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位调制编码脉冲的探测系统及探测方法


[0001]本专利技术涉及激光探测领域，具体涉及一种基于相位调制编码脉冲的探测系统及探测方法。

技术介绍

[0002]目前常见的激光探测依据探测方式不同可分为直接探测和相干探测两类。
[0003]直接探测方案主要分两种，一个重要的方案是在工作过程中发射一个或数个激光脉冲信号，当这些发射脉冲照射到目标物时会对应的反射一部分能量从而被探测系统接收，探测系统通过计量发射和接收时刻之间的时间差来实现距离探测；直接探测的另一个实施方案是发射一个幅度调制的连续正/余弦调制信号或者方波调制信号，接收系统接收此发射信号被目标物反射回的能量，通过计量发射和接收信号之间的相位差来实现目标距离的探测；相干探测方案主要为光频率调制，称作调频连续波(FMCW)模式；调频连续波(FMCW)探测系统中，发射端发出经过频率调制的连续信号，此频率调制信号常见的是三角波或者锯齿波，目标物将反射回一部分激光能量被探测系统接收，在探测端本振信号与接收信号进行相干处理输出接收信号；处理系统通过探测发射信号和接收信号直接的频率差来计算目标物的距离和相对径向速度。
[0004]其中，直接探测系统结构简单，信号处理技术成熟；但由于探测器响应度有限，外界噪声信号干扰较强，需要较高的信噪比来实现准确探测，往往需要较高的激光发射能量，较强的光功率往往意味着更高的功耗和人眼伤害；相干探测调频连续波(FMCW)由于探测灵敏度较高，且抗干扰能力强，所以相比直接探测只需较低的激光功率即可达到相当的或者更强的探测效果；但是在相干探测过程中，由于光速不可变，随着探测距离的提高，激光测量点频往往受限；当前一个发射脉冲未返回时如果直接发射下一个测量脉冲，将造成脉冲无法直接进行有效区分，造成回波信号与原发射信号无法正确配对，从而引起测距模糊出错；所以只能等前一个发射脉冲返回后再发射下一个测量脉冲，由于探测过程中需要持续时间较长的调制信号，会导致激光探测的速率受到限制，特别是当探测目标距离较远时，扫频信号持续较长，导致探测速率降低，无法做到高速率的距离测量。
[0005]因此，设计一种激光功率低、探测距离远且探测速率高的探测方法及探测系统对本领域来说是至关重要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于相位调制编码脉冲的探测系统及探测方法，克服了现有技术中存在的灵敏度低、抗干扰能力弱、探测速率受限等缺陷。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于相位调制编码脉冲的探测系统，其优选方案在于：所述探测系统包括种子源、分束器、用于相位调制和编码调制的相位调制器、光接收组件、混频器、用于光偏转扫描的扫描器、信号处理组件以及主控单
元，所述主控单元分别与种子源、信号处理组件连接；
[0008]其中，所述主控单元控制种子源发射连续光信号，光信号经分束器分成本振信号和探测信号，所述本振信号直接射入混频器，所述探测信号进入相位调制器进行相位调制和编码调制后进入扫描器以进行偏转扫描，当调制后的探测信号探测到目标物后产生回波信号，所述回波信号经光接收组件接收后进入混频器，所述混频器将本振信号和回波信号进行相干处理后发送至信号处理组件，所述信号处理组件将相干处理后的信号转换为数字信号并发送回主控单元，以计算目标物的距离和目标物的相对径向速度。
[0009]其中，较佳方案为：所述探测系统还包括光功率放大器，所述光功率放大器设置在所述激光种子源与所述分束器之间，或者所述光功率放大器设置在所述相位调制器与所述光接收组件之间。
[0010]其中，较佳方案为：所述探测系统还包括驱动器，所述驱动器设置在主控单元与相位调制器之间，其用于产生相位调制驱动信号以驱动相位调制器对探测信号进行相位调制和编码调制。
[0011]其中，较佳方案为：所述相位调制驱动信号为脉冲电压信号。
[0012]其中，较佳方案为：所述光接收组件包括用于探测光路准直的准直镜、用于回波光路汇聚的汇聚镜以及环行器，所述环行器为包括PBS片、四分之一波片或者半波片的空间光路组件，所述探测信号经准直镜准直后进入环行器，所述回波信号经汇聚镜汇聚后进行环行器。
[0013]其中，较佳方案为：所述光接收组件包括环行器以及用于光扩束的扩束镜，所述环行器为光纤环行器，所述探测信号经光纤环形器输出到扩束镜，所述回波信号经扩束镜汇聚到光纤环行器再输入至混频器。
[0014]其中，较佳方案为：所述光接收组件包括用于探测光路准直的准直镜以及用于回波光路汇聚的汇聚镜，所述探测信号经准直镜进行准直后进入扫描器以进行偏转扫描，所述回波信号经汇聚镜进行汇聚后进入混频器。
[0015]其中，较佳方案为：所述信号处理组件包括光电探测器和模拟数字转换器，所述光电探测器用于将经混频器进行相干处理后的光信号转换为电流信号并发送至模拟数字转换器，所述模拟数字转换器为电流输入型且用于将电流信号转换为数字信号。
[0016]其中，较佳方案为：所述信号处理组件包括光电探测器、TIA器件和模拟数字转换器，所述光电探测器用于将经混频器进行相干处理后的光信号转换为电流信号并发送至TIA器件，所述TIA器件用于将电流信号转换为电压信号并发送至模拟数字信号转换器，所述模拟数字转换器用于将电压信号转换为数字信号。
[0017]为解决现有技术存在的问题，本专利技术还提供一种基于相位调制编码脉冲的探测方法，其优选方案在于，所述探测方法通过如上所述的探测系统实现，所述激光探测方法具体包括以下步骤：
[0018]发射连续光信号并将其进行分束，以形成探测信号和本振信号；
[0019]产生带有编码的相位调制信号，并叠加至探测信号中；
[0020]通过叠加有相位调制信号的探测信号进行扫描，以获取经目标物反射的回波信号；
[0021]对本振信号以及回波信号进行接收及相干处理并输出目标信号；
[0022]对目标信号进行解调以获取原始相位调制信号及其编码，
[0023]根据编码获取该相位调制信号在接收与发射之间的时间差来计算目标物的距离；
[0024]通过解析多普勒频移的频移量来获取目标物的相对径向速度。
[0025]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术通过设计一种基于相位调制编码脉冲的探测系统及探测方法，以较低的激光功率实现了远距离的目标探测；进一步地，通过采用相位编码脉冲序列探测的方式，通过在探测信号中叠加带有编码的相位调制信号，可以实现多次脉冲序列同时飞行测量，有效提高了探测频率，同时，由于各序列的编码不同，在回波信号处理过程中可以进行区分，有效避免了信号混淆，从而有效避免测距模糊。
附图说明
[0026]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0027]图1是本专利技术中的一种基于相位调制编码脉冲的探测系统的结构示意图一；
[0028]图2
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1是本专利技术中的光功率放大器的结构示意图一；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相位调制编码脉冲的探测系统，其特征在于：所述探测系统包括种子源、分束器、用于相位调制和编码调制的相位调制器、光接收组件、混频器、用于光偏转扫描的扫描器、信号处理组件以及主控单元，所述主控单元分别与种子源、信号处理组件连接；其中，所述主控单元控制种子源发射连续光信号，光信号经分束器分成本振信号和探测信号，所述本振信号直接射入混频器，所述探测信号进入相位调制器进行相位调制和编码调制后进入扫描器以进行偏转扫描，当调制后的探测信号探测到目标物后产生回波信号，所述回波信号经光接收组件接收后进入混频器，所述混频器将本振信号和回波信号进行相干处理后发送至信号处理组件，所述信号处理组件将相干处理后的信号转换为数字信号并发送回主控单元，以计算目标物的距离和目标物的相对径向速度。2.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于：所述探测系统还包括光功率放大器，所述光功率放大器设置在所述激光种子源与所述分束器之间，或者所述光功率放大器设置在所述相位调制器与所述光接收组件之间。3.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于：所述探测系统还包括驱动器，所述驱动器设置在主控单元与相位调制器之间，其用于产生相位调制驱动信号以驱动相位调制器对探测信号进行相位调制和编码调制。4.根据权利要求3所述的探测系统，其特征在于：所述相位调制驱动信号为脉冲电压信号。5.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于：所述光接收组件包括用于探测光路准直的准直镜、用于回波光路汇聚的汇聚镜以及环行器，所述环行器为包括PBS片、四分之一波片或者半波片的空间光路组件，所述探测信号经准直镜准直后进入环行器，所述回波信号经汇聚镜汇聚后进入环行器。6.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于：所述光接收组件包括环行器以及用于光扩束的扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：任建峰，华一敏，
申请(专利权)人：昂纳信息技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：