[发明专利]一种多普勒测速激光雷达的回波信号处理装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学和电子应用领域，尤其涉及一种多普勒测速激光雷达的回波信号处理装置和方法。

背景技术

激光雷达是以激光波束为信息载体的雷达。激光雷达不仅可精确测距，而且还能精确测速、精确跟踪和高分辨率成像。激光雷达的应用场合非常广泛，可用于军事、航天和工业生产等多个领域。

多普勒测速激光雷达是以光学多普勒效应为基础的一种激光雷达，可以用来测量液体、气体的流动速度或固体目标的运动速度，在科学和工业技术中有非常广泛的应用。

多普勒测速激光雷达采用主动探测方式，系统发射一定波形的激光照射到被测目标上，通过对被测目标反射或散射的回波信号进行检测，获得被测目标的速度信息。多普勒测速激光雷达的探测形式可分为直接探测和相干探测两种。

在外差相干探测多普勒测速激光雷达中，在接收到回波信号后，对该回波信号进行放大、滤波等处理后得到输出的多普勒信号，该多普勒信号频率ω_D与被测目标的被测速度之间存在如下的计算公式：

公式1

上述公式中的θ为光束传播方向与被测目标的运动方向之间的夹角。

现有技术中的第一种获取上述多普勒信号频率的方法为：计数法(过零检测法)。该方法的主要工作原理为：从一个过零点开始以非常高的时钟脉冲对多普勒信号进行计数，来获取多普勒信号中的N个信号周期所需的时间(固定周期数计数法)；或者，获取多普勒信号中的一定时间长度内的信号周期个数(固定闸门时间计数法)。然后，根据获取的上述时间或信号周期个数信息得到多普勒信号频率。

现有技术中的第一种获取上述多普勒信号频率的方法的缺点为：该方法对噪声比较敏感，不适用于噪声较强的情况。并且测量精度要受计数误差、晶体振荡频率误差的影响。

现有技术中的第二种获取上述多普勒信号频率的方法为：双钳位自相关法。该方法的主要工作原理为：获取回波信号的自相关函数：

Rxx(j)=1R(0)Σi=0n-1x(i)x(i+j)]]>

上述公式中的x(i)和x(i+j)分别为回波信号x(t)的离散N位和M位采样值。R(j)是j个采样延时的自相关函数。若N和M大于1，则为多位自相关。若N大于1，而M等于1，则是单钳位自相关，若N和M都等于1，则是双钳位自相关。一个无量纲的理想自相关系数1/R(0)的值应该为1。

由于信号和噪声是相互独立的过程，根据相关函数的定义，信号只与信号本身相关，而与噪声不相关。因此，该方法计算出双钳位自相关情况下的上述回波信号的自相关函数的频率，根据自相关函数的性质，该频率与上述多普勒信号频率相同。

现有技术中的第二种获取上述多普勒信号频率的方法的缺点为：该方法不适用于噪声较强的情况，对于信噪比较低的应用场合，获得的速度测量精度较差。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种多普勒测速激光雷达的回波信号处理装置和方法，从而可以解决现有技术方案中噪声门限高、测量结果的精度较差的缺点。

本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多普勒测速激光雷达的回波信号处理装置，包括：

滤波处理模块，用于接收放大处理后的回波信号，根据所述回波信号的频率值查询预先设定的滤波频率范围和采样率之间的对应关系，获取所述频率值对应的滤波频率范围，按照该滤波频率范围对所述回波信号进行带通滤波，将滤波处理后的回波信号传输给A/D转换模块；