【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光雷达测距，特别涉及一种基于集成光量子芯片的激光雷达及测距方法。
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集成光量子芯片的激光雷达及测距方法。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种基于集成光量子芯片的激光雷达，包括光源模块、第一集成光量子芯片、光放大模块、发射光路、接收光路、第二集成光量子芯片、第一探测模块、第二探测模块、差分电路以及主控模块，
4、所述光源模块用于产生窄脉宽的激光脉冲信号；
5
6、所述光放大模块用于将经过编码的激光脉冲信号放大至预定功率；
7、所述发射光路用于将经放大后的激光脉冲信号扩束并向目标照射；
8、所述接收光路用于接收从目标反射的回波信号；
9、所述第二集成光量子芯片包含一个臂长差与第一集成光量子芯片中不等臂干涉仪相同的不等臂干涉仪，用于使回波信号中的两个子脉冲信号进行干涉，并在编码相位差为0时使干涉结果从其第一输出端口出射，以及在编码相位差为π时使干涉结果从其第二输出端口出射；
10、所述第二集成光量子芯片还用于使回波信号中的背景噪声信号等幅度地从其的第一输出端口和第二输出端口出射；
11、所述第一探测模块和第二探测模块分别用于对应地探测从第二集成光量子芯片的第一输出端口和第二输出端口出射光信号的幅度；
12、所述差分电路用于将第一探测模块和第二探测模块的输出电信号进行差分，以消除背景噪声信号；
13、所述主控模块用于触发光源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。
14、优选地，所述光源模块包括第一激光器ld1和第二激光器ld2；
15、所述主控模块产生一个0和1比特随机出现的第一序列，同时将第一序列中的0和1比特分别取反得到第二序列，并根据第一序列和第二序列产生两路用于触发第一激光器ld1和第二激光器ld2的电信号，其中0比特对应低电平，触发第一激光器ld1和第二激光器ld2时不发射激光脉冲；1比特对应高电平，触发第一激光器ld1和第二激光器ld2时发射激光脉冲。
16、优选地，所述第一集成光量子芯片包含第一不等臂干涉仪、第二不等臂干涉仪和第一分束器bs1，所述第一不等臂干涉仪的输入端口和第二不等臂干涉仪的输入端口分别对应连接第一激光器ld1和第二激光器ld2；
17、所述第一不等臂干涉仪和第二不等臂干涉仪为臂长差相同、且长臂上设置有热调移相器的马赫-曾德尔干涉仪；
18、所述第一不等臂干涉仪的输出端口和第二不等臂干涉仪的输出端口分别连接第一分束器bs1的两个输入端口；
19、第一分束器bs1的输出端口作为第一集成光量子芯片的输出端口。
20、优选地，所述第一集成光量子芯片包含第三不等臂干涉仪，
21、所述第三不等臂干涉仪为包含两个输入端口和一个输出端口的马赫-曾德尔干涉仪；
22、所述第三不等臂干涉仪的两个输入端口分别连接第一激光器ld1和第二激光器ld2，其输出端口作为第一集成光量子芯片的输出端口。
23、优选地，所述光源模块还包括第三激光器ld3；
24、所述第一集成光量子芯片的输出端口与光放大模块的输入端口之间还设置有环形器cir；所述环形器的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接第一集成光量子芯片的输出端口、光放大模块的输入端口、第三激光器ld3；
25、所述环形器用于将从第一集成光量子芯片的输出端口出射的光信号传输至第三激光器ld3进行注入锁定，并将第三激光器ld3产生的光信号传输至光放大模块。
26、优选地，所述第二集成光量子芯片包含第四不等臂干涉仪，所述第四不等臂干涉仪为包含1个输入端口和2个输出端口的马赫-曾德尔干涉仪；
27、所述第四不等臂干涉仪的长臂上设置有一个热调移相器。
28、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。
29、优选地，所述光放大模块为掺铒光纤放大器，增益不低于30db。
30、优选地，所述发射光路和接收光路分别为发射望远镜和接收望远镜。
31、优选地，所述第一探测模块和第二探测模块为单光子级平衡探测器。
32、本专利技术还提供了一种激光雷达测距方法，包括以下步骤：
33、s1：主控模块制备随机序列生成驱动信号触发光源模块发出激光脉冲信号，并进入第一集成光量子芯片进行编码，产生相位差随机为0或π的两个子脉冲信号，形成发射序列；
34、s2：经过编码的激光脉冲信号经光放大模块放大至预定功率，并通过发射光路扩束后向目标照射，使用接收光路接收从目标反射的回波信号；
35、s3：回波信号进入第二集成光量子芯片进行干涉，产生的两路干涉信号分别进入第一探测模块和第二探测模块进行探测，并使用差分电路将两个探测结果进行差分得到探测序列，根据探测结果的正负将探测序列转化为接收序列，其中大于0的结果为0，小于0 的结果为1，等于0的结果随机赋值为0或1；
36、s4：将所述发射序列与接收序列进行移位互相关运算，根据互相关运算结果达到峰值对应的位置得到目标的距离信息。
37、与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：
38、本专利技术提出了一种基于集成光量子芯片的激光雷达及测距方法，使用集成化的光量子芯片来对激光脉冲信号进行编解码，通过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。另外，使用时间间隔较短的两个子脉冲之间的相对相位进行编码，可以降低大气湍流的影响。
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1.一种基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，包括光源模块、第一集成光量子芯片、光放大模块、发射光路、接收光路、第二集成光量子芯片、第一探测模块、第二探测模块、差分电路以及主控模块，
2.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，所述光源模块包括第一激光器LD1和第二激光器LD2；
3.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，所述第一集成光量子芯片包含第一不等臂干涉仪、第二不等臂干涉仪和第一分束器BS1，所述第一不等臂干涉仪的输入端口和第二不等臂干涉仪的输入端口分别对应连接第一激光器LD1和第二激光器LD2；
4.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，所述第一集成光量子芯片包含第三不等臂干涉仪，
5.根据权利要求3或4所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的基于
9.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，所述发射光路和接收光路分别为发射望远镜和接收望远镜。
10.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，所述第一探测模块和第二探测模块为单光子级平衡探测器。
11.一种激光雷达测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，包括光源模块、第一集成光量子芯片、光放大模块、发射光路、接收光路、第二集成光量子芯片、第一探测模块、第二探测模块、差分电路以及主控模块，
2.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，所述光源模块包括第一激光器ld1和第二激光器ld2；
3.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，所述第一集成光量子芯片包含第一不等臂干涉仪、第二不等臂干涉仪和第一分束器bs1，所述第一不等臂干涉仪的输入端口和第二不等臂干涉仪的输入端口分别对应连接第一激光器ld1和第二激光器ld2；
4.根据权利要求1所述的基于集成光量子芯片的激光雷达，其特征在于，所述第一集成光量子芯...
【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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