【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子激光雷达，特别涉及一种基于稳定相位编解码的激光雷达及相位补偿方法。
技术介绍
1、雷达在军事、民航、自动驾驶等领域具有非常重要的作用。激光雷达由于采用波长较短的激光作为信息载波，因而具有较高的分辨率，可用于对目标进行探测、跟踪和识别，以及进行测距、成像。
2、信噪比是激光雷达探测中非常重要的一个指标，能够直接影响系统的性能。现有技术中，采用光子计数法的激光雷达可以达到较远的测距范围，这是由于单光子探测器具有较高的灵敏度，但是其工作时需要降温至-30℃以下来降低暗计数，因此成本和复杂度较高，不利于小型化。对于日光背景噪声，只能通过滤波器进行滤波，在滤噪的同时真实信号会有一定的损失，因此在白天信噪比较低，难以正常工作。相干激光雷达具有天然的滤波作用，使用本振光与真实信号进行相干探测，不仅可以滤除不相干的背景噪声，还具有一定的增益。然而，在远距离时由于回波信号的退相干效应较为显著，使得相干探测变得困难，日光下背景噪声的影响增加，使得系统的信噪比较低。
技术实现思路
1、针对现有技术存在以上缺陷，本专利技术提出一种基于稳定相位编解码的激光雷达及相位补偿方法。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种基于稳定相位编解码的激光雷达，包括激光器ld、第一分束器bs1、第二分束器bs2、第三分束器bs3、第四分束器bs4、第五分束器bs5、光传输模块、光纤放大器、发射望远镜、接收望远镜、移相器ps、光电探测器pd、第一环形器cir1、第
4、所述激光器ld用于产生窄脉宽的激光脉冲信号；
5、所述第一分束器bs1和第二分束器bs2构成第一不等臂干涉仪，用于对激光脉冲信号进行分束，产生从第二分束器bs2的两个输出端口分别出射的相位差为0的第一双脉冲信号和相位差为π的第二双脉冲信号；
6、所述光传输模块的第一端口至第五端口分别对应连接第二分束器bs2的两个输出端口、第三分束器bs3的两个输入端口、第一环形器cir1的第一端口；
7、所述光传输模块用于随机地使第一双脉冲信号或第二双脉冲信号进入第三分束器bs3，输出相位差随机为0或π的编码双脉冲信号；以及若第二双脉冲信号进入第三分束器bs3时，将第一双脉冲信号传输至第一环形器cir1；
8、所述光纤放大器用于将编码双脉冲信号放大至预定功率；
9、所述发射望远镜用于将经放大后的编码双脉冲信号扩束并向目标照射；
10、所述接收望远镜用于接收从目标反射的回波信号；
11、所述第四分束器bs4和第五分束器bs5构成第二不等臂干涉仪，用于使回波信号中的编码双脉冲信号进行干涉，产生第一干涉信号和第二干涉信号；以及用于使经第一环形器cir1进入的第一双脉冲光信号进行干涉，产生第三干涉信号和第四干涉信号；
12、所述光电探测器pd用于探测第三干涉信号，产生用于相位补偿的反馈信号；
13、所述移相器ps用于根据反馈信号调节第二不等臂干涉仪两臂光程差，使反馈信号维持在最小值；
14、所述第一平衡探测模块hd1和第二平衡探测模块hd2分别用于对应地探测第一干涉信号和第二干涉信号的幅度；
15、所述差分电路用于将第一平衡探测模块hd1和第二平衡探测模块hd2的输出电信号进行差分，以消除背景噪声信号；
16、所述主控模块用于触发激光器ld，控制光传输模块进行编码得到编码序列，并采集差分电路输出的信号产生解码序列，以及将所述编码序列和解码序列进行相关运算，获取目标的距离信息。
17、优选地，所述光传输模块包括第一光开关os1和第二光开关os2；
18、所述第一光开关os1为1x1光开关；所述第二光开关os1为1x2光开关；
19、所述第一光开关os1的输入端口和两个输出端口分别作为光传输模块的第一端口和第四端口、第五端口；所述第二光开关os2的输入端口和输出端口分别作为光传输模块的第二端口和第三端口。
20、优选地，所述光传输模块包括第一强度调制器im1和第二强度调制器im2；
21、所述第一强度调制器im1包含一个输入端口和两个输出端口，分别作为光传输模块的第一端口和第四端口、第五端口；所述第二强度调制器im2包含一个输入端口和一个输出端口，分别作为光传输模块的第二端口和第三端口。
22、优选地，所述光传输模块包括第三强度调制器im3和第二环形器cir2；
23、所述第三强度调制器im3包括两个输入端口和两个输出端口；
24、所述第三强度调制器im3的两个输入端口和一个输出端口分别作为光传输模块的第一端口、第四端口和第五端口；
25、所述第三强度调制器im3的另一个输出端口与第二环形器cir2的第二端口相连；
26、所述第二环形器cir2的第一端口和第三端口分别作为光传输模块的第二端口和第三端口。
27、优选地，所述第三强度调制器im3的一个输入端口与第二分束器bs2的一个输出端口连接的光路上还设置有光隔离器，
28、所述光隔离器的通光方向为从第二分束器bs2的一个输出端口到第三强度调制器im3的一个输入端口。
29、优选地，所述第一平衡探测模块hd1和第二平衡探测模块hd2为单光子级平衡探测器。
30、优选地，所述激光脉冲信号的时域宽度不大于100ps，所述子脉冲信号之间的时间间隔不大于500ps。
31、本专利技术还提供了一种相位补偿方法，包括以下步骤：
32、s1：激光器ld发出激光脉冲信号，经过第一不等臂干涉仪产生从其两个输出端口出射的相位差为0的第一双脉冲信号和相位差为π的第二双脉冲信号；并通过光传输模块随机地使第一双脉冲信号或第二双脉冲信号进入第三分束器bs3，输出相位差随机为0或π的编码双脉冲信号，形成发射序列；
33、s2：光传输模块使第二双脉冲信号进入第三分束器bs3时，第一双脉冲信号传输至第一环形器cir1，并反向进入第二不等臂干涉仪进行干涉，其中一路干涉结果通过光电探测器pd进行探测，产生用于相位补偿的反馈信号；
34、s3：根据反馈信号采用反馈控制算法调节第二不等臂干涉仪长臂上的移相器ps电压，使反馈信号稳定在最小值。
35、优选地，所述反馈控制算法为pid控制算法。
36、优选地，所述反馈控制算法为梯度下降算法。
37、与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：
38、本专利技术提出一种基于稳定相位编解码的激光雷达及相位补偿方法，通过对激光脉冲信号进行随机相位编解码，采用高灵敏度的平衡探测器探测解码后的回波信号并进行差分，可以大幅度降低回波信号中背景噪声，提高系统的信噪比。并且，通过将编码过程中未使用的光信号先后经过编解码干涉仪，进行干涉产生的干涉结果作为反馈信号进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，包括激光器LD、第一分束器BS1、第二分束器BS2、第三分束器BS3、第四分束器BS4、第五分束器BS5、光传输模块、光纤放大器、发射望远镜、接收望远镜、移相器PS、光电探测器PD、第一环形器CIR1、第一平衡探测模块HD1、第二平衡探测模块HD2、差分电路以及主控模块，
2.根据权利要求1所述的基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，所述光传输模块包括第一光开关OS1和第二光开关OS2；
3.根据权利要求1所述的基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，所述光传输模块包括第一强度调制器IM1和第二强度调制器IM2；
4.根据权利要求1所述的基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，所述光传输模块包括第三强度调制器IM3和第二环形器CIR2；
5.根据权利要求4所述的基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，所述第三强度调制器IM3的一个输入端口与第二分束器BS2的一个输出端口连接的光路上还设置有光隔离器，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于稳定相位编解码的激光雷
7.根据权利要求1至5中任一项所述的基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，所述激光脉冲信号的时域宽度不大于100ps，所述子脉冲信号之间的时间间隔不大于500ps。
8.一种相位补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的相位补偿方法，其特征在于，所述反馈控制算法为PID控制算法。
10.根据权利要求8所述的相位补偿方法，其特征在于，所述反馈控制算法为梯度下降算法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，包括激光器ld、第一分束器bs1、第二分束器bs2、第三分束器bs3、第四分束器bs4、第五分束器bs5、光传输模块、光纤放大器、发射望远镜、接收望远镜、移相器ps、光电探测器pd、第一环形器cir1、第一平衡探测模块hd1、第二平衡探测模块hd2、差分电路以及主控模块，
2.根据权利要求1所述的基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，所述光传输模块包括第一光开关os1和第二光开关os2；
3.根据权利要求1所述的基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，所述光传输模块包括第一强度调制器im1和第二强度调制器im2；
4.根据权利要求1所述的基于稳定相位编解码的激光雷达，其特征在于，所述光传输模块包括第三强度调制器im3和第二环形器cir2；
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵义博，陈东升，丁瑶，
申请(专利权)人：北京中科国光量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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