[发明专利]伪随机码相位调制激光雷达的光学域解析聚焦方法及装置

说明书

本发明公开了一种伪随机码相位调制激光雷达的光学域解析聚焦方法及装置，激光光源输出光束分为参考光束和信号光束；将信号光束经过位相调制后发射至目标，并接收回波光束；将参考光束通过相位调制的延时，与回波光束进入光学桥接器中形成干涉光场，使回波伪随机码信号与延时伪随机码信号进行干涉得到相干接收信号，且回波伪随机码信号与延时伪随机码信号通过外触发电路与相干接收信号进行同步接收，实现光学域解析聚焦，进而获得目标的高精度距离信息。本发明能够在获得高距离分辨率的同时降低对光电探测和采样器件的带宽要求，此外还舍去了相关运算，大幅度降低软硬件成本，不仅实现高重频激光距离探测，而且整体系统小型化，运行容易。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种伪随机码相位调制激光雷达的光学域解析聚焦方法及装置。

背景技术

使用激光雷达实现在复杂环境下的目标距离测量，同时具有很高的实时性和测量精度，是自主驾驶环境感知的迫切需求，对提高自主驾驶平台对周围复杂环境的感知能力和增强智能决策的能力具有重要的意义。传统的激光雷达通常采用单脉冲激光飞行时间法测距，优点是结构简单、技术成熟，不足之处在于远距离情况下工作时，需要激光器具备极高的峰值功率，为保证激光器的安全运转，出射脉冲的重复频率较低，因而测量的空间分辨率难以提高。啁啾调频连续波激光雷达对发射激光的频率进行线性调制，回波信号与本振信号进行相干接收，通过获取外差频率实现目标的距离测量，通过波形调制可以实现多普勒速度测量。啁啾调幅连续波激光雷达对发射激光的幅度进行线性调频，将回波强度上调制的延迟啁啾与发射时的初始啁啾混频，得出的差频频率就与回波延迟成正比，通过相干接收可以实现目标的距离和速度的同步探测。这两种技术的优势在于激光器工作在宽脉宽、低峰值功率状态下，可大大提高脉冲重复探测频率，从而提高空间分辨率；另外，采用相干探测可获得更高的灵敏度。但是受激光器硬件条件的限制，成本很高，脉冲重复频率严重受限，啁啾非线性依然是一个未解决的难题。

伪随机序列具有尖锐的自相关性，但与噪声等随机序列的互相关值很小。利用伪随机序列的互相关与自相关特性，对发射信号进行伪随机码相位调制，通过相干接收获得回波序列，在信号处理端用原始伪随机序列与回波伪随机序列进行相关运算，从比对相关峰值对应的时间间隔实现回波时延测量，从而实现测距。由于采用了无缝链接的编码阵列，从而提高了驻留时间内有效信号的占空比，使系统在宽脉宽情况下也能获取高的距离分辨率。由于采用相位编码波形的距离分辨率与相位调制速率成正比，即调制速率越高，距离向分辨率就越高，然而越高的调制速率导致对探测器的带宽要求就越高，计算量较大对相关处理器的带宽要求就越高，器件价格昂贵，对运行环境的要求也很高，因此成为限制伪随机码相位调制相干距离探测的主要瓶颈之一。孙建锋等人(在先技术，孙建锋，蔡光宇，刘福川，张国，马小平，李光远，刘立人，基于M序列相位编码的光学域解析聚焦测距装置，中国发明专利，申请号：CN2015101677771.4，已公开，公开号：CN104820223A)提出了采用步进电机带动的直角棱镜引入光学时延，实现相位编码信号的匹配滤波聚焦，通过步进电机的光程时延测量目标点的相对距离，能够实现高速调制，低速接收。但是该方法机械时延响应速度慢，延时量小，无法实现远距离高精度高重频的测距需求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种伪随机码相位调制激光雷达的光学域解析聚焦方法及装置。本发明能够在获得高距离分辨率的同时降低对光电探测器和相关处理器的带宽要求，不仅实现高重频激光距离探测，而且整体系统小型化，运行容易，