[发明专利]一种相干外差结合激光强度线性调频调制的连续波激光雷达测距装置、系统及其工作方法

说明书

本发明涉及激光雷达测距领域，公开了一种相干外差结合激光强度线性调频调制的连续波激光雷达测距装置、系统及其工作方法。电路放大器Ⅰ与电路放大器Ⅱ均与信号发生器相连接；偏压控制器与电光调制器Ⅱ相连接，电光调制器Ⅱ与光纤放大器相连接；电光调制器Ⅰ分别与衰减器和宽带线性调频源相连接，宽带线性调频源与电光调制器Ⅱ相连接；光纤放大器与发射接收镜头Ⅰ相连接，双路平衡探测器分别与发射接收镜头Ⅱ和AD采集卡相连接。提升了系统全天候适应性同时提高了载荷平台适用性。采用相干外差结合的工作方式能够使得系统能够在测量距离的同时对目标和系统间的相对速度进行测量，从而对目标位置进行预测，提高系统的适用性。

技术领域

本发明涉及激光雷达测距领域，具体涉及一种相干外差结合激光强度线性调频调制的连续波激光雷达测距装置、系统及其工作方法。

背景技术

在诸多应用领域，自主性正逐步取代人工，完成各式各样的工作。例如，军事中的自主性机器可以执行一些危险的任务，民用中的自主性设备可以进行监视和侦察等单调性工作。这些替代人工操作的需求促进了自主系统技术的发展，无人驾驶飞机作为自主系统在空中的中坚力量应运而生。无人驾驶飞机是一种带动力、可携带多种任务设备、可通过远程遥控或自主导航控制并能重复使用的无人驾驶航空器，简称为无人机(UAV，UnmannedAerial Vehicle)。无人机制导的主要方式为激光雷达、微波雷达、可见光相机等，其中激光雷达是主流方案。

激光雷达作为雷达概念的一种延伸，利用激光进行目标探测，从反射光中获取目标距离、速度、方位等信息。相较于微波雷达，激光雷达采用波长更短的光学信号，具有定向性好、空间分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点。根据发射信号不同，激光雷达可以分为两类：脉冲激光雷达和连续波激光雷达。脉冲激光雷达采用脉冲光信号作为探测信号，通过精确测量反射光脉冲飞行时间，获取目标距离信息。脉冲激光雷达分辨率相对降低，为了提高距离分辨率，需要使用低时延抖动的短脉冲以及超快光电子器件等。同时，脉冲激光雷达一般采用直接探测获取回波信号，无法进行多普勒测速；较高的脉冲功率也对器件性能和人眼安全性提出了要求。

连续波激光雷达采用连续光信号作为探测信号，具有峰值功率低，分辨率高等特点。具体而言，连续波激光雷达又可分为相位式激光雷达和调频连续波激光雷达。前者基于相位激光测距技术，采用单频信号调制激光，通过对反射光信号进行鉴相，最终获得目标距离信息。该方法的缺点是存在模糊距离，测距范围受限于调制频率。调频连续波(FMCW)激光雷达则是将现代雷达技术中的调频连续波测距与激光探测技术相结合。该技术采用线性调频信号调制激光，并通过比较反射光信号和本振光信号的瞬时频率差获得目标距离信息。调频连续波激光雷达具有如下技术优势：测距范围大；距离分辨率高；可实现多普勒测速；有利于片上集成。

线性频率信息加载到激光有两种形式，分为激光频率线性调制连续波激光雷达和激光幅度线性调制连续波激光雷达。激光幅度线性调制连续波激光雷达有线性度较好，结构简单等优点，可应用在无人机制导中，但目前存在的问题在于，幅度调制激光雷达能够探测目标的速度，却不能辨别目标的运动方向，在无人机制导选择摧毁目标的情况下，激光的传输和单体的飞行需要时间，而无人机与目标处于相对运动的状态。若不能清楚的知道目标的运动状态，则会对目标的当前位置测量产生误差影响。因此，能够实时的测量目标的位置和运动状态是十分重要的。

发明内容

本发明提供一种相干外差结合激光强度线性调频调制的连续波激光雷达测距装置、系统及其工作方法，提升了系统全天候适应性同时提高了载荷平台适用性。

本发明通过以下技术方案实现：

一种相干外差结合激光强度线性调频调制的连续波激光雷达测距装置，所述连续波激光雷达测距装置包括激光器1、光纤分束器2、电光移频器3、电光调制器4、偏压控制器5、电路放大器6、信号发生器7、衰减器8、宽带线性调频源9、光纤放大器10、发射接收镜头11、双路平衡探测器12、合束器13、AD采集卡14和上位机15；