[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

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种波长编码的激光雷达装置及利用该装置测量目标物距离的方法。

背景技术

激光雷达是用激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示以及处理单元。激光雷达的距离分辨率可以使用非常短的脉冲来显著改善，但是对于峰值功率受限系统，用短脉冲会减小平均发射功率，从而显著影响接收信号的信噪比。因此激光雷达的工作距离同距离分辨率往往不能同时提高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种分辨率高，动态范围大，结构简单的激光雷达装置及利用该装置测量目标物距离的方法，以解决工作距离同距离分辨率无法同时提高的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种波长编码的激光雷达装置，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。

上述方案中，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。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。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。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。

上述方案中，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。

上述方案中，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。

为达到上述目的，本发明提供了一种利用波长编码的激光雷达装置测量目标物距离的方法，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