[发明专利]一种调频连续波激光雷达接收机信号频谱分析系统及方法

说明书

本发明公开了一种调频连续波激光雷达接收机信号频谱分析系统，该系统将接收的当前模拟电信号进行滤波和增益，将滤波和增益后的当前模拟电信号进行粗鉴频，得到估算的当前模拟电信号频率，选择出需要进行混频的本振频率，并将滤波和增益后的当前模拟电信号与本振频率进行混频，得到低频模拟电信号，将所述低频模拟电信号进行低通滤波处理之后再进行傅里叶变换和分析处理，可以大幅度降低模数转换器和FPGA的性能要求。

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种调频连续波激光雷达接收机信号频谱分析系统及方法。

背景技术

调频连续波激光测距可实现高精度测距测量，在雷达和激光雷达领域中得到广泛关注和应用。比起传统的飞行时间测距，调频连续波具有相干检测抗干扰、不需要瞬时高功率、不需要高速电路测量纳秒级精度的飞行时间、测距范围更大等出众的优势。但是对于一些需要高速成像的场景(比如100kp/s)来说，为保证测距精度(c/2B,c为光速，B为调频带宽)，其调频速度(B/t，t为单点测距时间)通常非常快，在数米到数百米的范围内，回波信号与本振信号的拍频分布在数MHz至数百MHz，这对信号的频谱分析提出了非常大挑战。

目前在应用调频连续波的激光雷达或者毫米波雷达中，信号采集处理的步骤主要是微弱的光电信号经过了前期放大和滤波等信号调理，首先是大带宽、低噪声以及大的动态范围的滤波处理，然后经过低通滤波处理，用来衰减各种噪声或者干扰，提高信噪比。经过滤波处理后，将信号进行可变增益放大，然后进行高速模数转换，在模数转换器中进行离散采样，得到数字信号，将数字信号通过FPGA(现场可编程门阵列)进行数字滤波和快速傅里叶变换，提取出有用的频谱成分，再进行分析和计算，得到测量目标的距离。由于拍频信号的频率最大会达到数百MHz，根据奈奎斯特定律采用用的模数转换器采样频率就要求达到GHz，同时进行快速傅里叶变换的计算能力的也会要求很高，因此需要高性能的模数转换器和FPGA器件。而高性能的模数转换器和FPGA在成本上具有非常大的劣势，对现有技术方案中的调频连续波激雷达的推广是非常大的阻碍。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种调频连续波激光雷达接收机信号频谱分析系统及方法，可以大幅度降低模数转换器和FPGA的性能要求，满足调频连续波激光雷达快速寻找主频谱分量的需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种调频连续波激光雷达接收机信号频谱分析系统，所述系统包括预处理模块、粗鉴频模块、FPGA模块、产生多个本振频率的本振信号发生模块、混频模块和模数转换模块，其中，

所述预处理模块，将接收的当前模拟电信号进行滤波和增益，并将滤波和增益后的当前模拟电信号分别发送至所述粗鉴频模块和混频模块；

所述粗鉴频模块，将所述滤波和增益后的当前模拟电信号进行鉴频，得到估算的当前模拟电信号的频率，并发送至所述FPGA模块；

所述FPGA模块，根据所述当前模拟电信号的频率，选择出需要进行混频的本振频率；

所述本振信号发生模块，将所述FPGA模块所选择的本振频率发送至所述混频模块；

所述混频模块，将所述滤波和增益后的当前模拟电信号与所选择的本振频率进行混频，得到低频模拟电信号并发送至所述模数转换模块；

所述模数转换模块，将所述低频模拟电信号进行模数转换，并将采样后的低频数字电信号发送至所述FPGA模块；

所述FPGA模块，对所述低频数字电信号进行傅里叶变换和分析处理。

优选的，所述预处理模块包括带通滤波器和自动强度增益器；

所述带通滤波器将所述当前模拟电信号进行滤波处理；

所述自动强度增益器将滤波后的当前模拟电信号进行信号幅度调控，并将幅度调控的信号分两路发送，一路发送至所述粗鉴频模块，一路发送至所述混频模块。