[发明专利]一种基于四象限探测器的调频测距系统及方法

权利要求书

1.一种基于四象限探测器的调频测距系统，包括激光发射子系统与激光接收子系统，激光发射子系统发射调频连续波激光信号，其特征在于，还包括信号处理模块，激光接收子系统采用四象限光电探测器和四象限混频器；

其中，所述调频连续波激光信号作为本振信号传送到四象限混频器中；目标反射的激光回波信号首先经由接收光学系统汇聚至四象限光电探测器，四象限光电探测器将激光信号转化为相应的电信号，所述四象限光电探测器将各个象限对应的电信号均与本振信号进行混频，生成包含目标信息的四象限差频信号，四象限差频信号发送到信号处理模块；

所述信号处理模块对接收到的四象限差频信号进行频谱处理，对所述四象限差频信号先两两组合，得到两个组合，每个组合内的差频信号之间进行频域相关运算，得到该组合的频域相关运算结果，将两个组合的频域相关运算结果再做一次相关运算，得到回波差频信号频谱，实现测距。

2.如权利要求1所述的基于四象限探测器的调频测距系统，其特征在于，所述激光发射子系统包括FPGA、数字频率合成器、跨导放大器、半导体激光二极管以及发射光学系统；

由FPGA通过控制接口对数字频率合成器进行配置产生线性调频信号，线性调频信号通过跨导放大器进行压流转换后驱动半导体激光二极管，产生强度受所述调频信号调制的调频连续波激光信号，发射光学系统将调频连续波激光信号准直发射到空间中。

3.如权利要求1所述的基于四象限探测器的调频测距系统，其特征在于，所述激光接收子系统还包括四象限低通滤波器和四象限自动控制增益；所述四象限差频信号经由低通滤波器滤波后进行自动控制增益放大。

4.如权利要求1所述的基于四象限探测器的调频测距系统，其特征在于，所述信号处理模块对四象限回波的差频信号进行频域相关运算公式和信号总频谱如下式所示：

|R_ALL(ω)|＝K_T(ω)+K_S(ω)＝|α₁α₂α₃α₄X_t(ω)|+|β₁β₂β₃β₄X_s(ω)|

其中，R_AB(ω)、R_CD(ω)分别为各自下标对应的两个频域信号的互相关函数；R_ALL(ω)为R_AB(ω)、R_CD(ω)的互相关函数，Y_η(ω)为四象限探测器第η象限所接收到的时域信号y_η(t)对应的频域信号，其中η＝A,B,C,D)，代表四个象限；α_n、β_n为归一化参数，其中，n＝1,2,3,4，分别对应A、B、C、D四象限；τ_m为各段信号的起止时刻点，其中m＝sa,sb,sd,sc,ta,tb,td,tc，代表各段信号；X_t为目标信号频域函数；X_s为烟雾干扰后信号的频域函数；K_T为目标信号幅频函数；K_S为烟雾干扰后信号的幅频函数。

5.如权利要求1所述的基于四象限探测器的调频测距系统，其特征在于，所述光电探测器为APD探测器。

6.如权利要求1所述的基于四象限探测器的调频测距系统，其特征在于，所述调频连续波激光信号为锯齿波或者三角波调频信号。

7.一种基于四象限探测器的调频测距方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任意一项所述的基于四象限探测器的调频测距系统进行测距，包括如下步骤：

步骤1，激光发射子系统发射调频连续波激光信号；

所述调频连续波激光信号作为本振信号传送到四象限混频器中；

步骤2，接收光学系统将目标反射的激光回波信号汇聚至四象限光电探测器，四象限光电探测器将激光信号转化为相应的电信号；

步骤3，所述四象限光电探测器将各个象限对应的电信号均与本振信号进行混频，生成包含目标信息的差频信号，并将差频信号发送到信号处理模块；

步骤4，所述信号处理模块对接收到的四象限差频信号进行频谱处理，对所述四象限差频信号先两两组合，得到两个组合，每个组合内的差频信号之间进行频域相关运算，得到该组合的频域相关运算结果，将两个组合的频域相关运算结果再做一次相关运算，得到回波差频信号频谱，实现测距。