基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测距解模糊方法及测距装置制造方法及图纸

一种基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测距及解模糊方法。装置包括线性调频信号和巴克码复合调制模块、激光光源、激光发射系统、光电探测模块和相干混频处理模块。本发明专利技术利用线性调频信号和巴克码信号调制发射的优势互补，本振信号与回波延迟信号进行两次脉冲压缩处理，通过设计信号参数，可用于远距离激光相干雷达测距，具有较强的距离分辨率，且对多普勒频移包容性更强。且对多普勒频移包容性更强。且对多普勒频移包容性更强。

【技术实现步骤摘要】
基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测距解模糊方法及测距装置


[0001]本专利技术涉及激光雷达测距
，特别是一种基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测距解模糊方法及测距装置。利用两种调制信号的优势互补，通过复合调制信号，实现远距离高分辨率的激光相干测距。

技术介绍

[0002]激光测距作为光电探测的一种技术手段，是传统微波雷达测距方式的有益补充手段。一般情况下，激光测距光源采用单光子发射，这种测距体制的测距最远可达数千公里，但是其非常容易受到太阳光等背景噪声的影响。同时，由于其测距威力取决于返回的单光子数量，因此要实现远距离光电探测，需要很大的激光反射功率，相应地对光源终端体积和功耗要求很高，不适用于机动环境展开。基于相干体制的激光测距具有不受可见光等背景噪声影响的优点，但是要求目标回波具有较好的波前相干性才能实现预本地信号的相干解调，而远距离探测场景下的目标回波相干性严重变差，无法完成测距，导致相干体制激光测距多应用于自动驾驶和机器人巡航等近距离或室内场景。对于远距离的光电探测应用场景而言，要想利用相干激光雷达测距对太阳光噪声不敏感的优点实现远距离激光测距，除了匹配相应的激光发射功率之外，还要满足回波的相干性，提高回波信号的信噪比，这一目的可以通过设计编码调制方式进行提升。
[0003]通常情况下，激光相干测距的发射信号采用单一信号的调制编码方式，如线性调频、二相相位编码等。线性调频信号和巴克码二相编码信号是两种比较常用的高分辨率脉压信号。线性调频信号是在脉冲持续器件按照一定规律连续线性调制获得大的信号带宽，巴克码二相编码信号则是通过脉间相位的随机编码，采取相关处理的方法进行脉压并实现较高的距离分辨率。其中，线性调频信号作为典型的脉冲压缩信号，它对回波信号的多普勒频移具有很大的容忍性，易于实现高的距离分辨率，但存在距离与多普勒频移的耦合以及匹配滤波器输出旁瓣较高的缺点。而相位编码采用码捷变技术，抗干扰能力强，对多普勒频移较为敏感，但脉压后的旁瓣较高，在多普勒频率变化范围较大时需要对其进行补偿。

技术实现思路

[0004]为解决单一信号调制模式在激光测距中的不足，同时突破激光相干测距的测距威力，实现远距离激光光电探测，本专利技术提出一种基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测距装置及解模糊方法。所发射的测距信号通过复合编码的方式进行调制，目标回波与本地编码信号进行二次脉冲压缩，解算出距离结果。复合编码提高了解算信号的信噪比，同时配合接近量子极限的光探测器，可以大幅提高测距距离，提升激光测距威力，实现远距离光电探测。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一方面，本专利技术提供一种基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测
距解模糊方法，其特点在于，该方法包括下列步骤：
[0007]步骤1，将激光光束分为两部分，大部分作为光载波，小部分作为本振信号；
[0008]步骤2，将线性调频信号和巴克码的复合调制信号调制于光载波上，产生本地线性调频的复共轭信号；
[0009]步骤3，以所述复合调制信号作为测距激光信号，向待测物体发射；
[0010]步骤4，将所述本振信号移频到与所述回波信号频段一致的频带，并与回波信号进行混频，得到包含回波信号的延时信息；
[0011]步骤5，将混频信号与本地线性调频的复共轭信号进行相位比较，提取出脉冲的相位延迟信息；
[0012]步骤6，对所述的混频信号脉内的线性调频部分进行第一次脉冲压缩处理，得到窄脉冲信号和脉冲压缩系数；
[0013]步骤7，对步骤6处理后的信号进行脉间相位调制的第二次脉冲压缩处理后，与步骤5得到的脉冲的相位延迟信息相加，即得到待测目标的解模糊距离信息所述的本地线性调频的复共轭信号是通过脉内进行线性调频，脉间采用巴克码二相编码而形成的。
[0014]所述第一次脉冲压缩处理，具体是：将回波信号与本地线性调频的复共轭信号相乘后进行匹配滤波，通过分析一个码元获取线性调频脉冲压缩系数和窄脉冲信号，完成回波信号的第一次脉冲压缩处理。
[0015]所述第二次脉冲压缩处理，具体方式为采用本地barker码进行时延搜索，产生二相编码脉冲压缩系数和时延信息。
[0016]另一方面，本专利技术还提供一种基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测距装置，其特点在于，包括
[0017]光纤分束模块，用于将激光光束分为两部分，大部分作为光载波，小部分作为本振信号；
[0018]复合调制模块，用于将线性调频信号和巴克码的复合调制信号调制于光载波上，产生本地线性调频的复共轭信号；
[0019]发射模块，用于将复合调制模块产生的本地线性调频的复共轭信号作为测距激光信号向待测物体发射；
[0020]接收模块，用于接收待测物体所反射的回波信号；
[0021]光电移频与探测模块，用于将所述本振信号移频到与所述回波信号频段一致的频带，并与回波信号进行混频，得到包含回波信号的延时信息；
[0022]检相模块，用于对本地线性调频的复共轭信号与所述的本振信号进行检相处理；
[0023]信信号采集处理模块，用于对混频信号脉内的线性调频部分进行二次脉冲压缩处理后，与脉冲相位延迟信息相加，获取待测目标的解模糊距离信息。
[0024]进一步，还包括测距信号输出模块，用于输出待测目标的解模糊距离信息。
[0025]线性调频脉冲信号是一种在脉冲持续周期内频率连续线性调制的信号，线性调频脉冲信号的复数形式为：
[0026][0027]其复包络为：
[0028][0029]其中，μ＝B/T
L
表示线性调频脉冲(LFM)信号的斜率，B为带宽。
[0030]巴克码的复数形式为：
[0031][0032]其中，f0为相位编码信号的载频，为相位调制函数。复包络为矩形，表示为：
[0033][0034]其中，c
k
为巴克码的二进制序列，T
B
为巴克码的子脉冲宽度，P为巴克码的码长，PT
B
为巴克码信号持续时间。
[0035]本专利技术中的由线性调频和13位巴克码复合调制而成，其复包络形式表示为：
[0036]u(t)＝u
LFM
(t)*u
PCM
(t)
[0037]即：
[0038][0039]当T
L
＜T
B
时，复合信号是对巴克码编码信号的每个子脉冲变为线性调频并在其基础上乘以相应的编码系数，得到：
[0040][0041]其中，
[0042]经过目标反射的回波延迟信号表示为：
[0043][0044]其中，τ＝2R/c为回波的时间延迟，fd＝2v/λ是由于目标运动产生的多普勒频移，Ai为经目标反射后的增益(与目标RCS成正比)，N为目标的散射中心个数，R为目标与雷达之间的距离，v是目标的速度，λ是波长。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测距解模糊方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤1，将激光光束分为两部分，大部分作为光载波，小部分作为本振信号；步骤2，将线性调频信号和巴克码的复合调制信号调制于光载波上，产生本地线性调频的复共轭信号；步骤3，以所述复合调制信号作为测距激光信号，向待测物体发射；步骤4，将所述本振信号移频到与所述回波信号频段一致的频带，并与回波信号进行混频，得到包含回波信号的延时信息的混频信号；步骤5，将混频信号与本地线性调频的复共轭信号进行相位比较，提取出脉冲的相位延迟信息；步骤6，对所述的混频信号脉内的线性调频部分进行第一次脉冲压缩处理，得到窄脉冲信号和脉冲压缩系数；步骤7，对步骤6处理后的信号进行脉间相位调制的第二次脉冲压缩处理后，与步骤5得到的脉冲的相位延迟信息相加，即得到待测目标的解模糊距离信息。2.根据权利要求1所述的基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测距解模糊方法，其特征在于，所述的本地线性调频的复共轭信号是通过脉内进行线性调频，脉间采用巴克码二相编码而形成的。3.根据权利要求1所述的基于线性调频和巴克码复合调制编码的激光相干雷达测距解模糊方法，其特征在于，所述第一次脉冲压缩处理，具体是：将回波信号与本地线性调频的复共轭信号相乘后进行匹配滤波，通过分析一个码元获取线性调频脉冲压缩系数和...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁伟，张芳沛，周煜，卢智勇，孙建锋，
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：