[发明专利]激光雷达装置及利用该装置测量目标物距离的方法

权利要求书

1.一种波长编码的激光雷达装置，其特征在于，该装置包括光波长编码发生器(1)、光纤分路装置(2)、偏振控制器(3)、前端空间光收发一体装置(4)、光纤耦合器(5)、光电探测器(6)和拍频信号检测装置(7)，其中：

光波长编码发生器(1)用于产生包括探测光脉冲信号和参考光脉冲信号的编码光脉冲信号，并传输至光纤分路装置(2)；

光纤分路装置(2)用于将编码光脉冲信号中的探测光脉冲信号传输至前端空间光收发一体装置(4)，将编码光脉冲信号中的参考光脉冲信号经过偏振控制器(3)传输至光纤耦合器(5)；

前端空间光收发一体装置(4)包括准直器、分光棱镜、光学天线和耦合器，进入前端空间光收发一体装置(4)的探测光脉冲信号经准直器、分光棱镜和光学天线出射后照射到目标物上，目标物上的散射光脉冲信号被光学天线收集后再经过分光棱镜和耦合器进入光纤耦合器(5)；

光纤耦合器(5)用于将经过偏振控制器(3)后的参考光脉冲信号与从前端光学收发一体装置(4)输入的散射光脉冲信号一起传输至光电探测器(6)；

光电探测器(6)用于对参考光脉冲信号及散射光脉冲信号进行拍频，得到的拍频低频信号进入拍频信号检测装置(7)进行处理和记录。

2.根据权利要求1所述的波长编码的激光雷达装置，其特征在于，所述光波长编码发生器(1)由编码信号发生器与可调谐光源构成。

3.根据权利要求2所述的波长编码的激光雷达装置，其特征在于，所述编码信号发生器是波长发生器或可编程脉冲源，通过手动或者计算机控制其输出编码信号的时序参数，该时序参数至少包括周期、占空比及幅值。

4.根据权利要求2所述的波长编码的激光雷达装置，其特征在于，所述可调谐光源为分布布拉格反射型激光器，用于实现快速的波长调谐，在编码信号发生器输出的编码信号的控制下，产生对应的编码光脉冲信号。

5.根据权利要求4所述的波长编码的激光雷达装置，其特征在于，所述分布布拉格反射型激光器，通过改变施加在相区的偏置电流能够实现波长的快速调谐，而不会改变输出光功率。

6.根据权利要求1所示的波长编码的激光雷达装置，其特征在于，该装置在光波长编码发生器(1)与光纤分路装置(2)之间进一步包括光放大器(8)，该光波长编码发生器(1)产生的光脉冲信号经过光放大器(8)被放大后，再进入光纤分路装置(2)。

7.根据权利要求1所述的波长编码的激光雷达装置，其特征在于，所述拍频信号检测装置(7)为锁相放大、峰值检测以及时间-距离计算装置。

8.一种利用权利要求1至7中任一项所述的波长编码的激光雷达装置测量目标物距离的方法，其特征在于，该方法包括：

光波长编码发生器产生包括探测光脉冲信号和参考光脉冲信号的编码光脉冲信号；

编码光脉冲信号进入光纤分路装置后，探测光脉冲信号沿光纤进入前端空间光收发一体装置，经准直器、分光棱镜和光学天线出射后照射到目标物上；目标物上的散射光脉冲信号被光学天线收集后再经过分光棱镜和耦合器从前端光学收发一体装置进入光纤耦合器；

参考光脉冲信号经过偏振控制器后进入光纤耦合器，与从前端光学收发一体装置(4)输入的散射光脉冲信号一起，从光纤耦合器传输至光电探测器(6)进行拍频；

调节探测光脉冲信号与参考光脉冲信号之间的时间间隔T₁，由于拍频信号的频率只由探测光脉冲信号和参考光脉冲信号之间的频率差所决定，因此光电探测器输出的拍频信号与两路相互正交的同频率信号相乘后积分，积分深度保持与脉冲宽度相一致；然后两路积分输出信号取平方后求和，当该和信号达到最大时，记录该时间T₁，T₁即为探测光从发射到反射回来的延迟时间T_D，通过T_D即可确定目标物的距离为

9.根据权利要求8所述的测量目标物距离的方法，其特征在于，该方法进一步将三个不同波长(λ₁、λ₂、λ₃)的光脉冲组成的编码光脉冲信号作为探测光脉冲信号，其中λ₁、λ₂、λ₃满足如下条件：|λ₃-λ₁|≠|λ₂-λ₁|，同时|λ₃-λ₂|≠|λ₂-λ₁|。