[发明专利]基于类噪声脉冲的高空间分辨率探测系统及探测方法

说明书

本发明属于激光测距领域，具体公开了一种基于类噪声脉冲的高空间分辨率探测系统及探测方法，该系统包括脉冲产生模块、脉冲探测模块以及数据处理模块，脉冲产生模块用于利用被动锁模光纤激光器产生类噪声脉冲作为探测光源；脉冲探测模块用于将类噪声脉冲分为探测光脉冲和参考光脉冲，并将探测光脉冲输入到待测目标中实施探测；数据处理模块用于接收参考光脉冲以及经过待测目标后的探测光脉冲，将光信号转换成电信号，再采集这些电信号，最后再利用互相关算法处理从而得到对目标的探测结果。本发明通过被动锁模光纤激光器中产生的类噪声脉冲来实现对待测目标的探测，在光纤内的光时域反射仪技术以及空间光测距中，可获得更高精度的探测结果。

技术领域

本发明属于激光测距领域，更具体地，涉及一种基于类噪声脉冲的高空间分辨率探测系统及探测方法，利用被动锁模光纤激光器中输出的类噪声脉冲实现光纤内的光时域反射仪技术以及空间光测距，在激光测距、光纤传感等领域具有很高的应用价值。

背景技术

激光作为二十世纪的重大发明，不断推动着基础科学的前沿探索。随着智能技术的蓬勃发展，激光测距技术在自动驾驶汽车，无人机，机器人以及监控等应用中发挥着重要的作用；以其优越的检测范围、精度、空间分辨率以及对天气和照明条件的较少限制来感知周围环境，激光测距有望用于3D成像，对象跟踪，识别以及同时定位和映射等功能。

如今，激光测距技术作为一种基本测量手段，应用非常广泛。例如，脉冲飞行时间测距是利用激光脉冲持续时间极短、能量在时间上相对集中、瞬时功率很大的特点，在平均发射激光功率小于1mW条件下，能够实现较长距离的测量。

单脉冲飞行时间激光测距技术就是其中一种测距方法，通过测量从脉冲发射经过目标后再返回到光电探测器的这段时间间隔来计算距离。虽然可以采用传统的相位法进行测距，即通过测量发射高频调强波与返回高频调强波之间的相位差来确定时间间隔，但是采用脉冲飞行时间原理可以达到很高的测量速度，这是因为采用脉冲飞行时间原理测量只需要发射一个脉冲，即单发脉冲，且测距精度可以达到厘米级。

光时域反射仪(OTDR)技术就是脉冲飞行时间法测距的一种应用，采用瑞利散射和菲涅尔反向原理制作而成。通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。

但是，脉冲飞行时间法测距也存在着一些问题，测量的动态范围和精度会受到一定的限制，在需要高精度测量的领域很受限。

除了脉冲飞行时间法测距，脉冲编码调制也是一种为获得精确测距结果的方法，基本方法是将一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。

通俗的解释脉冲编码调制就是：使用模数转换器以一定的频率(采样率，如8kHz等)和一定的采样位深度(位深，如8位、12位、24位等)对原始信号进行采集和模数转换，得到的数据即为相应的数字信号。其中，经抽样后的模拟信号应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。

但是，脉冲编码调制也同样存在着一些问题，比如成本高、模数转换系统复杂等，在激光测距领域中很难实现普及。

此外，还可以采用随机信号作为测距信号，它需要随机码发生器和电光调制器，但随机码的码率和调制速率受电子带宽瓶颈的限制，且随机信号的码长是有限的，在长距离测量中对一个目标会产生多个测量结果(即测距雷达中的虚警问题)。

对于上述的随机信号，可以采用光纤激光器中产生的类噪声脉冲作为探测光源，利用其非周期性和不可预测性的优点，消除了脉冲和传统激光测距中可能存在的干扰。