空间估计系统中的零差接收架构技术方案

描述了一种检测从环境反射的传输光的方法、一种用于空间估计的光学系统以及相关联的部件。出射光被提供以用于空间估计，该出射光可以包括由光束定向器导向的波长信道。本地振荡器信号用于检测波长信道的反射光。划分器用于将接收到的光划分成多个光信号，这些光信号与本地振荡器信号组合，其可以拥有在光信号上的不同的时间相位，以提供多个信号供光检测器检测，以用于处理成远程环境的空间估计。以用于处理成远程环境的空间估计。以用于处理成远程环境的空间估计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空间估计系统中的零差接收架构
[0001]相关申请
[0002]本申请的公开内容涉及2017年4月6日公布为WO 2017/054036 A1的PCT申请号PCT/AU2016/050899、2018年5月24日公布为WO 2018/090085 A1的PCT申请号PCT/AU2017/051255、2019年3月14日公布为WO 2019/046895 A1的PCT申请号PCT/AU2018/050961以及2019年5月9日公布为WO 2019/084610 A1的PCT申请号PCT/AU2018/051175。这些出版物中的每一个的全部公开内容通过引用并入本文。
[0003]本公开的领域
[0004]本公开一般涉及光信号收集和检测领域。公开的实施例涉及用于空间估计系统中的反射信号收集的系统和方法。
[0005]背景
[0006]空间剖析(spatial profiling)是指如从期望的原点观察到的环境的映射。视场中的每个点或像素与形成环境的表示的距离相关联。空间分布在识别环境中的对象和/或障碍物时可能是有用的，从而促进任务的自动化。
[0007]空间剖析的一种技术包括在特定方向上将光发送到环境中，并检测从该方向反射回来(例如由环境中的反射表面反射回来)的任何光。反射光携带用于确定到反射表面的距离的相关信息。特定方向和距离的组合形成在环境的表示中的点或像素。可以针对多个不同方向重复上述步骤，以形成表示的其他点或像素，从而有助于估计期望视场内的环境的空间分布。
[0008]作为光信号收集和检测方法的一个示例，可以在接收器侧处使用雪崩光电二极管(APD)采用直接检测(DD)方法。顾名思义，所收集的光信号(包括频率为f
c
的预期光信号)由APD直接检测，并被转换成电信号，以用于进一步的信号处理。
[0009]可替代地，零差检测可以用作光学检测方法，其中收集的信号与本地振荡器信号组合。组合的光信号随后可以由PIN光电二极管(PIN PD)检测，并被转换成电信号以用于进一步的信号处理。当本地振荡器的光频率(f
LO
)与f
c
相同(即f
LO
＝f
c
)时，检测方法被认为是零差检测(HD)。当本地振荡器的光频率不同于f
c
(即f
LO
≠f
c
)时，检测方法被认为是外差检测。
[0010]本公开的概述
[0011]描述了用于通过光接收器检测光的方法和装置。该方法和装置可以例如用于空间估计系统中，在这种情况下，被接收和检测的光可以是被环境中的对象反射的光。
[0012]举例来说，该方法可以包括接收多模光，并且例如通过光子灯将多模光分离成多个单模光信号。然后，光电检测器能够检测多个单模光信号中的每一个，并提供指示所检测的光的输出。处理器可以被配置成处理来自光电检测器的输出，以提供指示所检测的多模光的进一步输出。
[0013]该方法可以包括通过将信号与具有第一时间相位的本地振荡器信号组合来检测单模光信号中的一个，以及通过将信号与具有第二时间相位的本地振荡器信号组合来检测单模光信号中的另一个。不同的第一时间相位和第二时间相位可以源自时间相位噪声，时
间相位噪声可以源自空间估计系统的出射光的光源。
[0014]该方法可以包括使得通过产生非偏振光信号并将其传输到环境中来接收多模光，其中接收到的多模光包括从环境反射回来的非偏振光信号。
[0015]在一些实施例中，检测从环境反射的光的方法包括：接收从环境反射的光；将从环境反射的光分成多个反射光信号；将本地振荡器信号与多个反射光信号中的每一个组合，以产生多个混合信号；以及由光接收器检测多个混合信号中的每一个。
[0016]在一些实施例中，接收到的从环境反射的光具有多个光模式，并且将从环境反射的光分成多个反射光信号包括将接收到的光分成多个光信号，每个光信号具有单个光模式。
[0017]在一些实施例中，该方法还包括使用非偏振光信号作为本地振荡器信号，该非偏振光信号包括进入环境引起从环境反射的光的至少一部分的人工生成的出射光的样本。在一些其他实施例中，该方法可以进一步包括使用非偏振光信号作为本地振荡器信号，该非偏振光信号以与进入环境引起从环境反射的光的至少一部分的人工生成的出射光相同或基本相同的中心波长工作。
[0018]在一些实施例中，从环境反射的光经由波长相关的双向光束定向器接收，并且出射光经由双向光束定向器被提供到环境中，其中反射光共享出射光在光束定向器内的至少一部分光路。
[0019]在一些实施例中，光学系统包括至少一个光学组件，其被布置成：接收光学本地振荡器信号；接收光学远程光信号；基于本地振荡器信号和远程光信号提供多个光学组合信号，其中多个组合信号中的每一个是基于接收到的光信号的一部分而不是全部形成的；多个光接收器，其被布置成接收组合信号，并基于接收到的组合信号提供携带指示接收到的反射光信号的至少一个特性的信息的多个电信号；一个或多更个电信号处理器，其被配置成接收所述多个电信号，并基于接收到的电信号提供电输出信号，该电输出信号携带指示接收到的光信号的至少一个特性的信息。
[0020]在一些实施例中，多个光接收器利用光电二极管检测器。
[0021]在一些实施例中，光学组件通过少模或多模光纤接收光学远程光信号。光学组件可以将少模或多模光纤与多个单模光纤接合，每个单模光纤携带所述部分接收到的光信号。
[0022]在一些实施例中，用于空间估计的光学系统包括：至少一个光发射器，其可操作地连接到光学部件，被配置成或共同配置成提供：用于空间估计的出射光，该出射光包括：在一段持续时间内的第一组的一个或更多个波长信道；以及在相同或不同持续时间内的与第一组不同的第二组的一个或更多个波长信道；可用于检测出射光的至少一个本地振荡器信号，包括第一组的一个或更多个波长和第二组的一个或更多个波长；至少一个光束定向器，用于接收出射光并将出射光通过自由空间引导到远离光束定向器的环境中，该光束定向器被配置成在不同方向上引导第一组和第二组的一个或更多个波长；接收来自至少不同方向的光的部件，该光包括第一组和第二组的一个或更多个波长的反射光，该部件包括：至少一个光功率分路器，用于将接收到的光的功率分成多个光信号，每个光信号具有非零功率；至少一个光学组合器，用于组合多个光信号中的每一个和本地振荡器信号，以提供用于检测反射光的组合信号；其中至少一个光学组合器和至少一个光功率分路器提供用于检测的多
个组合信号；多个光检测器，其被布置成接收多个组合信号，并基于接收到的组合信号提供多个电信号，以用于处理成远程环境的空间估计。
[0023]在一些实施例中，可操作地连接到光发射器的光学部件包括去偏振器，该去偏振器可操作地定位成使出射光去偏振，由此通过自由空间被引导到环境中的出射光是非偏振光。
[0024]在一些实施例中，可操作地连接到光发射器的光学部件包括去偏振器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于空间估计的光学系统，所述系统包括：可操作地连接到光学部件的至少一个光发射器，所述光发射器被配置成或共同配置成提供：用于空间估计的出射光，所述出射光包括：在一段持续时间内的第一组的一个或更多个波长信道；以及在相同或不同持续时间内的与所述第一组不同的第二组的一个或更多个波长信道；可用于检测所述出射光的至少一个本地振荡器信号，包括所述第一组的一个或更多个波长和所述第二组的一个或更多个波长；至少一个光束定向器，用于接收所述出射光并将所述出射光通过自由空间引导到远离所述光束定向器的环境中，所述光束定向器被配置成在不同方向上引导所述第一组和所述第二组的一个或更多个波长；接收来自至少所述不同方向的光的部件，所述光包括所述第一组的一个或更多个波长和所述第二组的一个或更多个波长的反射光，所述部件包括：至少一个光功率分路器，用于将接收到的光的功率分成多个光信号，每个光信号具有非零功率；至少一个光学组合器，用于组合所述多个光信号中的每一个和所述本地振荡器信号，以提供用于检测所述反射光的组合信号；其中，所述至少一个光学组合器和所述至少一个光功率分路器提供用于检测的多个所述组合信号；多个光检测器，所述光检测器被布置成接收多个组合信号，并基于接收到的组合信号提供多个电信号，以用于处理成远程环境的空间估计。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述第一组的一个或更多个波长信道在5ms内转变到所述第二组的一个或更多个波长信道。3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中，所述至少一个本地振荡器信号来源于包括时间相位噪声的光源，并且所述至少一个光学组合器被配置成将具有由所述时间相位噪声引起的第一时间相位的第一所述本地振荡器信号与所述多个光信号中的第一光信号组合，并且将具有由所述时间相位噪声引起的第二时间相位的第二所述本地振荡器信号与所述多个光信号中的第二光信号组合。4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述光源具有10m或更短的最大时间相干长度。5.根据权利要求3或4所述的光学系统，其中，所述光源具有最小空间相干性，使得所述多个光信号中的至少两个具有3dB或更大的强度差。6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，可操作地连接到所述光发射器的所述光学部件包括去偏振器，所述去偏振器可操作地定位成使所述出射光去偏振，由此通过自由空间被引导到所述环境中的所述出射光是非偏振光。7.根据权利要求6所述的光学系统，其中，可操作地连接到所述光发射器的所述光学部件包括去偏振器，所述去偏振器可操作地定位成使所述至少一个本地振荡器信号去偏振，以供所述光学组合器接收。8.根据权利要求7所述的光学系统，其中，可操作地定位成使所述出射光去偏振的所述
去偏振器和可操作地定位成使所述至少一个本地振荡器信号去偏振的所述去偏振器是相同的去偏振器。9.根据权利要求6至8中任一项所述的光学系统，其中，每个去偏振器是无源去偏振器。10.根据权利要求5至9中任一项所述的光学系统，其中，所述至少一个光发射器是非相干光源。11.根据权利要求10所述的光学系统，其中，所述非相干光源是非相干可调谐激光器。12.根据权利要求5至11中任一项所述的光学系统，其中，所述光功率分路器是连接到单模光纤的光子灯，所述单模光纤携带所述多个光信号。13.一种检测从环境反射的传输光的方法，所述方法包括：将光从光源传输到环境，所述光源包括时间相位噪声；接收从所述环境反射的光；将从所述环境反射的光分成多个反射光信号；将源自所述光源的本地振荡器信号与所述多个反射光信号中的每一个组合，以产生包括第一混合信号和第二混合信号的多个混合信号，所述第一混合信号是基于源自所述光源的第一本地振荡器信号和所述多个反射光信号中的第一个的组合产生的，所述第二混合信号是基于源自所述光源的第二本地振荡器信号和所述多个反射光信号中的第二个的组合产生的，其中，所述第一本地振荡器信号和所述第二本地振荡器信号具有由所述时间相位噪声引起的不同时间相位；以及由光接收器检测所述多个混合信号中的每一个。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述光源具有10m或更短的最大时间相干长度。15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述光源具有最小空间相干性，使得所述多个反射光信号中的至少两个具有3dB或更大的强度差。16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，接收到的从环境反射的光具有多个光模式，并且将从所述环境反射的光分成所述多个反射光信...

【专利技术属性】
技术研发人员：费尔南多，
申请(专利权)人：博莱佳私人有限公司，
类型：发明
国别省市：