【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明书涉及脉冲压缩lidar系统。
技术介绍
1、lidar系统(lidar是光探测与测距的首字母缩写)广泛用于测量距离。测量序列由以下组成：朝向目标发射辐射束，并且收集已经由目标回射(retroreflect)或反向散射的此辐射的一部分，然后据此推断将目标所在位置与lidar系统分离的距离评估。此评估通过确定lidar系统的辐射发射与已经由目标回射或反向散射的此辐射的部分的检测之间的时间长度来进行。实际上，辐射束以一系列连续脉冲的形式发射，并且由目标回射或反向散射的辐射部分的检测信号是累积的，所述检测信号与所述系列中的所有脉冲一一对应。以这种方式，即使在由目标回射或反向散射的辐射强度低时，也可以测量与目标的距离。然后在对于累积的检测信号的信噪比足够的值与用于执行测量的能量的量之间进行折衷。此外，对于使用大气反向散射的lidar系统来说，沿着脉冲发射方向的空间分辨率是一个重要的问题。此分辨率对应于厚度已知的所识别的大气切片。分辨率越详细(换句话说，与测量的吸收值相关的每一大气切片的厚度)，每个脉冲就越短。但是，对于根据操作条件和所需测量质量确定的脉冲能量，每个脉冲越短-换句话说，空间分辨率越尖锐-则每个脉冲的峰值功率值就越高。
2、此外，通过使用光纤连接技术的lidar系统的实施方案提供相当大的优点，特别是系统的稳健性增加并且消除用于使系统的光学组件相对于彼此对准的机制。但在光纤中发生的受激布里渊散射或sbs的已知现象限制了每一发射脉冲可以具有的峰值功率值。由于这种峰值功率限制，并且当目标的回射或后向散射能力极低时
3、文件us2020/049799 a1描述一种多外差类型的lidar系统架构，其中并行使用n个相位调制器来产生具有不同频率的n个外差检测拍频。
4、文件us2021/055392 a1描述一种lidar系统，所述lidar系统利用由目标反向散射的测量波束与未由目标反向反射的参考波束之间的相关性。换句话说，所述文件中的lidar系统不使用双探测波束来应用信号相关性。
5、文件us 7,342,651 b1和us2019/383940 a1描述使用双脉冲或梳状脉冲的其它lidar系统。
6、最后，文件us2016/377721 a1描述一种具有两个单独激光源的lidar系统。
7、技术问题
8、根据这种情况，本专利技术的一个目标是提出一种至少部分地克服这些缺点的新lidar系统。
9、因此，本专利技术的目标之一是即使当目标具有低或极低回射或反向散射能力时，也可以在信噪比的值与每次测量所消耗的峰值功率之间改善折衷的情况下测量离目标的距离。
10、本专利技术的辅助目标是提出一种其中可以使用光纤实施传输路径的此种lidar系统。
11、最后，本专利技术的一般目标是在每个测量循环的持续时间相等并且目标的回射或反向散射能力相等时，特别是当目标由悬浮在大气中的颗粒组成时，提供比现有技术的lidar系统更精确的距离测量。
技术实现思路
1、为了实现这些或其它目标中的至少一个，本专利技术的第一方面提出一种lidar系统，所述lidar系统包括传输路径和检测路径，所述传输路径包括激光源并且适合于朝向在lidar系统外部的目标发射辐射脉冲。对于本专利技术，传输路径包括两个传送通路，所述传送通路平行放置并且布置成在这些传送通路的相应输入处同时从激光源接收辐射的相应部分。另外，两个传送通路布置在输出处以叠加每个脉冲的由这两个传送通路传递的分量。两个传送通路中的至少一个包括：
2、-称为脉冲压缩调制器的调制器，所述调制器可以具有声光调制器类型；以及
3、-脉冲压缩控制器，所述脉冲压缩控制器连接成以调制由所述传送通路传递的脉冲分量的方式控制脉冲压缩调制器。
4、以此方式，在lidar系统的操作期间，每个脉冲的至少两个分量
5、从源自激光源的辐射同时产生，
6、在此脉冲的持续时间内叠加在脉冲内，
7、具有不同的相应频谱，以及
8、脉冲的两个分量中的至少一个进行相位调制或频率调制。
9、通过已知方式，任何辐射，特别是脉冲辐射，具有周期性的时间场变化，并且此辐射的频率或相位调制由以下组成：对其频率施加变化，或对其相位施加变化，这些是对对应于周期性场变化的那些变化的补充。
10、本专利技术的lidar系统的检测路径包括至少一个光电检测器并且被布置成满足以下各者的功能：
11、-测量路径，其专用于检测在由传输路径发射的脉冲已经由目标回射或反向散射之后与这些脉冲一一对应的辐射，传递测量检测信号；以及
12、-参考路径，其专用于检测表示由传输路径发射的脉冲的辐射，传递参考检测信号。
13、因此，测量路径和参考路径中的每一个检测用于确定目标与lidar系统的距离的拍频。在没有外差检测的情况下，这些拍频是由来自两个传送通路中的一个的脉冲分量与来自另一个传送通路的脉冲分量之间的干扰产生，所有这些脉冲分量在已经由目标回射或反向散射之后由测量路径检测到并且由用于参考路径的lidar系统发射。当使用外差检测时，对于在测量路径的目标上回射或反向散射之后接收的脉冲分量，以及对于由用于参考路径的lidar系统发射的脉冲分量，由两个传送路径的关联引起的这些拍频用由与参考波束的附加干扰引起的拍频代替。
14、检测路径还包括数字处理模块，所述数字处理模块被布置成接收测量检测信号和参考检测信号，并且被配置成计算这些信号之间的相关函数。以此方式，调制的每个脉冲的分量与计算出的相关函数相结合，产生脉冲压缩效果。
15、由于这种脉冲压缩效果，与累积在没有脉冲压缩效果的情况下获得的检测信号的结果相比，在执行测量所消耗的相等平均功率下，改进影响相关函数的结果的信噪比的值。相较于针对连续脉冲非相干累积的检测信号，由脉冲压缩效果提供的这种改进可通过相干积分实现。因此，改进每次距离测量的精度和分辨率。不同的是，在相等的信噪比值下，本专利技术的lidar系统可以减少进行每次测量所需的时间。因此，可以减少测量持续时间，和/或可以减少每个发射脉冲的峰值功率值。由于最后一种可能性，本专利技术的lidar系统可以与具有弱或非常弱的回射或反向散射能力的目标一起使用，即使lidar系统的传输路径使用光纤技术实施。
16、就信噪比的增加而言，或就距离测量的空间分辨率而言，增益是基本上等于经调制以产生脉冲压缩效果的每个脉冲分量的频谱宽度与此脉冲的持续时间的乘积的因子。此乘积可以大于500，优选地大于5000。
17、由于其传输路径具有平行布置的两个传送通路，本专利技术的lidar系统称为双探测波束或dpb。
18、在此传输路径内，仅一个传送通路可以配备有具有相关联脉冲压缩控制器的脉冲压缩调制器，或两个传送本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.LIDAR系统(100)，所述LIDAR系统包括传输路径(10)和检测路径(20)，所述传输路径(10)包括激光源(11)并且适合于朝向在所述LIDAR系统外部的目标(T)发射辐射脉冲(I)，
2.根据权利要求1所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，每个脉冲压缩控制器(14b)适合于在所述LIDAR系统的操作期间以及对于由所述脉冲压缩控制器所属的传送通路(13b)传递的脉冲分量，在所述脉冲(I)的持续时间内控制光学频率的逐渐变化。
3.根据权利要求2所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，每个脉冲压缩控制器(14b)进一步调适，使得光学频率的逐渐变化具有在所述脉冲(I)的持续时间内基本上恒定的变化率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，所述检测路径(20)包括：
5.根据权利要求1至3中任一项所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，所述检测路径(20)包括：
6.根据前述权利要求中任一项所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，所述检测路径(20)光学耦合，以一
7.根据权利要求6所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，所述数字处理模块(27)一方面适合于混合分别源自两个传送通路(13a、13b)的测量检测信号的分量，以获得所述测量路径(23a)的乘积时间信号，所述乘积时间信号没有所述激光源(11)的相位波动，并且另一方面混合分别源自所述两个传送通路的参考检测信号的分量以单独地获得所述参考路径(23b)的乘积时间信号，所述乘积时间信号也没有所述激光源的相位波动，并且所述数字处理模块适合于计算所述测量路径和所述参考路径的相应乘积时间信号之间的相关函数。
8.根据权利要求6所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，
9.根据权利要求6所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，所述传输路径(10)进一步包括：
10.根据权利要求1至5中任一项所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，所述传输路径(10)进一步包括：
11.根据权利要求8至10所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，所述第一和第二梳状生成调制器(51、53)属于电光调制器类型。
12.根据前述权利要求中任一项所述的LIDAR系统(100)，其特征在于，经调制以产生所述脉冲压缩效果的每个脉冲分量的频谱宽度与所述脉冲的持续时间的乘积大于500，优选地大于5000。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.lidar系统(100)，所述lidar系统包括传输路径(10)和检测路径(20)，所述传输路径(10)包括激光源(11)并且适合于朝向在所述lidar系统外部的目标(t)发射辐射脉冲(i)，
2.根据权利要求1所述的lidar系统(100)，其特征在于，每个脉冲压缩控制器(14b)适合于在所述lidar系统的操作期间以及对于由所述脉冲压缩控制器所属的传送通路(13b)传递的脉冲分量，在所述脉冲(i)的持续时间内控制光学频率的逐渐变化。
3.根据权利要求2所述的lidar系统(100)，其特征在于，每个脉冲压缩控制器(14b)进一步调适，使得光学频率的逐渐变化具有在所述脉冲(i)的持续时间内基本上恒定的变化率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的lidar系统(100)，其特征在于，所述检测路径(20)包括：
5.根据权利要求1至3中任一项所述的lidar系统(100)，其特征在于，所述检测路径(20)包括：
6.根据前述权利要求中任一项所述的lidar系统(100)，其特征在于，所述检测路径(20)光学耦合，以一方面与在由所述传输路径(10)发射的脉冲(i)已经由所述目标(t)回射或反向散射之后与所述脉冲一一对应的辐射同时，并且另一方面与表示由所述传输路径发射的脉冲的辐射同时，另外从所述激光源(11)接...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗索斯·莱梅特雷，尼库拉斯·塞扎德，菲利普金·黑伯特，
申请(专利权)人：国家航空航天研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。