[发明专利]一种脉冲发射相干接收的激光探测系统及探测方法

权利要求书

1.一种脉冲发射相干接收的激光探测系统，其特征在于：所述激光探测系统包括激光种子源、分束器、用于对光信号进行时域延迟的延时光纤、光接收组件、用于光偏转扫描的扫描器、混频器、用于将光信号转换为数字信号的信号处理组件以及主控单元；

其中，所述主控单元控制激光种子源发射带有功率偏置的脉冲信号，脉冲信号经分束器分成本振信号和探测信号，所述本振信号直接射入混频器，所述探测信号进入延时光纤进行时域延迟后进入扫描器以进行偏转扫描，当探测信号探测到目标后产生回波信号，所述回波信号经光接收组件接收后进入混频器，所述混频器将本振信号与回波信号进行相干接收后发送至信号处理组件，信号处理组件将相干处理后的信号转换为数字信号并发送回主控单元，以计算得到目标距离。

2.根据权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于：所述激光探测系统还包括一用于对光信号进行频率偏移的移频器，所述移频器设置在本振信号路径中用于对本振信号进行频率偏移后射入混频器，或者所述移频器设置在探测信号路径中用于对探测信号进行频率偏移后射入扫描器。

3.根据权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于：所述信号处理组件包括光电探测器和模拟数字转换器，所述光电探测器用于将经混频器进行相干处理后的光信号转换为电流信号并发送至模拟数字转换器，所述模拟数字转换器为电流输入型且用于将电流信号转换为数字信号。

4.根据权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于：所述信号处理组件包括光电探测器、TIA器件和模拟数字转换器，所述光电探测器用于将经混频器进行相干处理后的光信号转换为电流信号并发送至TIA器件，所述TIA器件用于将电流信号转换为电压信号并发送至模拟数字信号转换器，所述模拟数字转换器用于将电压信号转换为数字信号。

5.根据权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于：所述光接收组件为准直镜、环行器、聚光镜以及扩束镜中的一种或至少两个的组合结构。

6.根据权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于：所述光接收组件包括环行器以及用于光扩束的扩束镜，所述环行器为光纤环行器，所述探测信号经光纤环形器输出到扩束镜，所述回波信号经扩束镜汇聚到光纤环行器再输入至混频器。

7.根据权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于：所述光接收组件包括用于光路准直的准直镜、用于光路汇聚的聚光镜以及环行器，所述环行器为包括PBS片、二分之一玻片或者半玻片的空间光路组件，所述探测信号经准直镜准直后进入环行器，所述回波信号经聚光镜进行聚光后进入环行器。

8.根据权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于：所述激光探测系统还包括一光功率放大器，所述光功率放大器设置在所述激光种子源与所述分束器之间，或者所述光功率放大器设置在所述分束器和所述延时光纤之间，或者所述光功率放大器设置在所述延时光纤与所述光接收组件之间。

9.一种脉冲发射相干接收的激光探测方法，其特征在于，所述激光探测方法通过如权利要求1-8任一所述的激光探测系统实现，所述激光探测方法具体包括以下步骤：

输出带有偏置功率的激光功率脉冲信号；

将激光功率脉冲信号进行分束，以获取探测信号和本振信号；

对探测信号进行延时输出；

对本振信号或探测信号进行频率偏移；

对本振信号以及通过探测信号经目标反射后得到的回波信号进行接收及相干处理；

将相干处理后的光信号转换为数字信号；

对数字信号进行频谱分析，获取目标物的速度信息；

根据数字信号计算激光脉冲飞行时间，以获取目标物的距离。

10.根据权利要求9所述的激光探测方法，其特征在于，所述激光探测方法还包括以下步骤：

获取扫描实时光束的指向信息；

获取目标物相对于探测系统的径向速度信息；

根据目标物的距离及指向信息，计算目标方位信息；

根据多个目标方位信息计算目标的相对速度信息，以获取目标的运动状态。