基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置及测距方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及激光雷达领域，具体涉及一种基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置及测距方法，包括激光发射单元、光路反馈模块和光路注入模块，所述激光发射单元包括分布式反馈半导体激光器DFB，偏振控制器PC和第一光纤耦合器FC1，光路反馈模块包括第一可调光衰减器VOA1、光纤反射镜M，光路注入模块包括光隔离器OI、第二可调光衰减器VOA2、半导体环形激光器SRL和并联设置的第二光纤耦合器FC2、第三光纤耦合器FC3。半导体环形激光器SRL同时输出顺时针CW信号和逆时针CCW信号。本发明专利技术的有益效果：输出无明显时延信息高质量混沌信号，顺时针CW和逆时针CCW两种模式信号对待测目标同时进行多次测量，提升探测精度。提升探测精度。提升探测精度。

【技术实现步骤摘要】
基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置及测距方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达领域，具体涉及一种基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置及测距方法。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种利用激光进行侦察、成像、探测等工作的主动遥感技术。与传统微波雷达相比，激光雷达具有体积小、成像质量好、抗有源干扰能力强等优势，被广泛应用于军用和民用领域，例如遥感探测、汽车防碰撞、制导、无人机定位等。近年来，混沌激光雷达因其易实现、结构简单、测量精度高、抗干扰能力强等优点，成为激光雷达领域的研究热点。混沌激光雷达的性能与雷达系统的信号熵源密切相关，作为雷达探测信号的混沌载波，其带宽大小决定了测距分辨率，其时延特征值是否隐藏对探测的抗干扰能力有明显的影响。因此，近年来针对如何提高混沌激光雷达的性能有诸多方案相继提出。例如，专利CN201810591767.4一种基于混沌激光信号的雷达探测装置，利用两个外腔反馈半导体激光器设计了一个雷达探测装置，在文献[高华政.数字混沌抗干扰激光雷达设计[D].上海.上海交通大学,2021]中,利用电路混沌对直调激光器工作产生光学混沌信号，以此构建激光雷达探测系统，该系统利用了二值化编码方案，简化了系统的结构，但是上述技术方案中信号源为常规半导体激光器，同一时间只能输出1路有效探测信号，探测效率低，准确度差。
[0003]在激光混沌系统中，产生混沌信号的激光器种类有多种，目前的混沌激光雷达系统的信号熵源部分主要采用传统的分布式反馈半导体激光器、垂直腔面发射激光器、电路混沌等，其对探测目标的输出信号形式单一，容易受到大气环境、信号干扰等影响，造成测量误差比较大。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术的提供了一种基于半导体环形激光器的激光雷达装置及测距方法。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置，包括激光发射单元、光路反馈模块和光路注入模块，其中，所述激光发射单元包括沿光路依次设置的分布式反馈半导体激光器DFB，偏振控制器PC和第一光纤耦合器FC1，所述光路反馈模块包括沿光路依次设置第一可调光衰减器VOA1、光纤反射镜M，所述光路注入模块包括沿光路依次设置的光隔离器OI、第二可调光衰减器VOA2、半导体环形激光器SRL和并联设置的第二光纤耦合器FC2、第三光纤耦合器FC3。
[0007]所述激光发射单元发出的注入光束经光隔离器OI、第二可调光衰减器VOA2后，进入所述半导体环形激光器SRL，所述半导体环形激光器SRL同时输出顺时针CW信号和逆时针CCW信号，所述顺时针CW信号经第二光纤耦合器FC2之后分为两路，所述逆时针CCW信号经第三光纤耦合器FC3之后分为两路。
[0008]进一步的，所述半导体环形激光器SRL提供信号熵源，工作波长为850nm。
[0009]本专利技术还提供了一种上述基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置的测距方法，如下所述：
[0010]所述分布式反馈半导体激光器DFB输出激光信号经所述偏振控制器PC和所述第一光纤耦合器FC1后分为反馈光束和注入光束两部分；
[0011]所述反馈光束通过所述第一可调光衰减器VOA1后经所述光纤反射镜M反射，反射光束再经所述第一可调光衰减器VOA1、所述第一光纤耦合器FC1、所述偏振控制器PC注入到所述分布式反馈半导体激光器DFB；
[0012]所述注入光束经所述光隔离器OI、所述第二可调光衰减器VOA2之后注入到所述半导体环形激光器SRL，所述半导体环形激光器SRL同时输出顺时针CW信号和逆时针CCW信号；
[0013]所述CW信号经所述第二光纤耦合器FC2之后分为两路，第一路信号作为雷达探测信号对待测物体进行探测，经过反射之后与所述第二光纤耦合器FC2输出的第二路信号进行互相关运算，得到距离L1；
[0014]所述CCW信号经所述第三光纤耦合器FC3之后分为两路，第一路信号作为雷达探测信号对待测物体进行探测，经过反射之后与所述第三光纤耦合器FC3输出的第二路信号进行互相关运算，得到距离L2；
[0015]预先设定相似度阈值，对于探测得到的所述距离L1和L2，相似度小于等于阈值，则取平均数L＝(L1+L2)/2作为探测结果，相似度大于阈值，则该组数据为无效数据。
[0016]优选的，所述相似度阈值设为95％。
[0017]进一步的，所述激光发射单元输出的激光信号，10％的信号进入光路反馈模块，90％的信号进入光路注入模块。
[0018]进一步的，通过调节所述第一可调光衰减器VOA1的参数，控制光路反馈模块的反馈强度k
f
，使分布式反馈半导体激光器DFB工作在混沌振荡。
[0019]进一步的，通过调节所述第二可调光衰减器VOA2的参数，控制光路注入模块的注入强度k
inj
，使所述半导体环形激光器SRL输出的顺时针信号CW和逆时针信号CCW工作在混沌振荡。
[0020]进一步的，通过调节所述第二可调光衰减器VOA2的参数，实现所述半导体环形激光器SRL输出的顺时针信号CW和逆时针信号CCW中的时延特征隐藏。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术涉及的激光雷达信号源装置参数可调，通过调节第一可调光衰减器VOA1，控制反馈强度，可以使分布式反馈半导体激光器DFB输出的稳定的混沌信号。通过调节第二可调光衰减器VOA2，控制注入激光强度，能够使半导体环形激光器SRL输出无明显时延信息、输出时延隐藏的高质量混沌信号，最后测试所得时延信息均为探测目标的时延信息，不包含来自分布式反馈半导体激光器DFB中的时延特征，提高了系统的精度和安全性。
[0023]2、本专利技术设计的激光雷达装置采用半导体环形激光器SRL作为混沌信号熵源，能够同时进行顺时针CW和逆时针CCW两种模式的输出，来自分布式反馈半导体激光器的信号平均注入到SRL的顺时针CW和逆时针CCW模式中，通过对待测目标同时进行多次测量，进一步提升探测精度。
[0024]3、本专利技术采用了常规光反馈和主从式注入结构，结构简单，易于实现，功耗低，信
号处理部分可采用全光处理，易于硬件设施集成。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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。
[0026]图1是为本专利技术实施例中基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例中分布式反馈半导体激光器DFB输出混沌信号的时间强度序列图；
[0028]图3是本专利技术实施例中分布式反馈半导体激光器DFB输出混沌信号的时延特征图；
[0029]图4是本专利技术实施例中半导体环形激光器SRL顺时针本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置，其特征在于：包括激光发射单元、光路反馈模块和光路注入模块，其中，所述激光发射单元包括沿光路依次设置的分布式反馈半导体激光器DFB，偏振控制器PC和第一光纤耦合器FC1，所述光路反馈模块包括沿光路依次设置第一可调光衰减器VOA1、光纤反射镜M，所述光路注入模块包括沿光路依次设置的光隔离器OI、第二可调光衰减器VOA2、半导体环形激光器SRL和并联设置的第二光纤耦合器FC2、第三光纤耦合器FC3；所述激光发射单元发出的注入光束经光隔离器OI、第二可调光衰减器VOA2后，进入所述半导体环形激光器SRL，所述半导体环形激光器SRL同时输出顺时针CW信号和逆时针CCW信号，所述顺时针CW信号经第二光纤耦合器FC2之后分为两路，所述逆时针CCW信号经第三光纤耦合器FC3之后分为两路。2.根据权利要求1所述的基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置，其特征在于：所述半导体环形激光器SRL提供信号熵源，工作波长为850nm。3.一种根据权利要求1所述的基于半导体环形激光器的激光雷达信号源装置的测距方法，其特征在于：所述分布式反馈半导体激光器DFB输出激光信号经所述偏振控制器PC和所述第一光纤耦合器FC1后分为反馈光束和注入光束两部分；所述反馈光束通过所述第一可调光衰减器VOA1后经所述光纤反射镜M反射，反射光束再经所述第一可调光衰减器VOA1、所述第一光纤耦合器FC1、所述偏振控制器PC注入到所述分布式反馈半导体激光器DFB；所述注入光束经所述光隔离器OI、所述第二可调光衰减器VOA2之后注入到所述半导体环形激光器SRL，所述半导体环形激光器SRL同时输出顺时针CW信号和逆时针CCW信号；所述CW信号经所述第二光纤耦合器FC2之后分为两路，第一路信号作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆鹏华，王琨，朱述渭，贺鹏飞，晋刚，王中训，姜佩贺，刘霞，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：