[发明专利]用于处理由相干激光雷达引起的信号的方法及相关激光雷达系统

说明书

本发明涉及一种用于处理(50)由相干激光雷达引起的信号的方法，该相干激光雷达包括周期性地频率调制的相干源(L)；‑由光电探测器(D)基于具有本地振荡器频率(fsubgt;OL/subgt;(t))的被称为本地振荡器的光学信号与由激光雷达照射的目标(T)反向散射的光学信号之间的干涉生成差拍信号(Sb)，所述差拍信号被数字化；‑本地振荡器频率(fsubgt;OL/subgt;(t))由平均值(f0)与由所述源的调制引起的调制频率(fsubgt;mod/subgt;(t))之和组成，调制频率根据调制周期(Tsubgt;FO/subgt;)是周期性的，每个周期包括分别具有n个频率斜坡(αi)的n个线性部分，其中n大于或等于2，该方法包括在于以下的步骤：‑复数地调制(501)差拍信号(Sb)；‑通过n个解调频率(fsubgt;demod/subgt;(i))复数地解调(502)调制信号(Ssubgt;mod/subgt;)，每个解调频率具有等于调制频率(fsubgt;mod/subgt;)的相应频率斜坡(αi)的单个斜坡，以便获得n个解调信号(Ssubgt;demod/subgt;(i))；‑确定(503)n个解调信号(Ssubgt;demod/subgt;(i))的n个频谱密度(SP(i))；‑确定(504)n个特征频率(νsubgt;αi/subgt;)，‑基于所述n个特征频率(νsubgt;αi/subgt;)确定(505)关于目标(T)的速度(v)的信息和关于目标(T)的距离(d)的信息。

技术领域

本发明涉及频率调制的相干激光雷达的领域，所述频率调制的相干激光雷达例如用于远程目标检测。

背景技术

相干激光雷达的原理在本领域中是公知的并且在图1中示出。相干激光雷达包括：相干源L，典型地是发射相干光波(在IR、可见或近UV域中)的激光器；允许一定体积的空间被照射的发射装置DE；以及接收装置DR，其收集由目标T反向散射的一部分光波。反向散射的波的多普勒频移ν_Dop取决于目标T的径向速度v。

关于接收，所接收的频率为fs的反向散射的光波S和被称为本地振荡器波OL的一部分发射的波混合。这两个波之间的干涉由光电探测器D检测，并且来自探测器的电信号输出除了与所接收的功率和与本地振荡器功率成比例的项之外还具有被称为差拍信号Sb的振荡项。处理单元UT将该信号数字化并从其中提取关于目标T的速度v的信息。

优选地，处理单元在没有频移的情况下在以零频率为中心的窄带中对差拍信号Sb进行电子滤波(见下文)。

对于相干激光雷达，发射和接收装置优选地使用相同的光学器件(单件式激光雷达)。该特征允许获得良好的机械稳定性并且允许减少在长距离上大气湍流的影响，入射和反向散射的波的传播路径是相同的。

一种用于激光雷达测速/测距的解决方案在于产生一种能够实现频率调制的系统。考虑到已经用基于纤维的激光源做出的进展，通常在雷达中使用的该技术当前是特别感兴趣的。借助于频率调制，时间/频率分析允许确定目标的距离d及其速度v。这种类型的激光雷达还允许执行激光风速测定功能。

用于频率调制的激光雷达20的光学架构的一个示例在图2中示出。相干源在频率上被调制使得本地振荡器的频率用被称为波形的预设函数调制，该波形由与处理单元UT同步的WFC模块控制。

发射的光学信号通过放大器EDFA放大，并且发射和接收使用相同的光学器件O并且使用环行器C分离。该光学信号可以可选地在频率上偏移，例如使用优选地位于放大器EDFA之前但是其也可以位于本地振荡器的路径上的声光调制器。在这种情况下，处理单元中的电子滤波是关于偏移频率执行的。延迟线LR允许本地振荡器和发射信号的光学路径被均衡(equalized)以便在RF域中对放置在放大器EDFA之后的光学部件中的缺陷(环行器C的串扰、发射/接收光学器件O的抗反射涂层中的瑕疵等)进行滤波。