CN108761426A - 一种相干脉冲激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的相干脉冲激光雷达，包括：种子信号产生装置、信号发射接收模块、本振信号调制装置以及混频装置。种子信号产生装置用于产生窄线宽种子激光信号。信号发射接收模块用于将窄线宽种子激光信号进行调制、放大后发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号。本振信号调制装置用于对窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号。混频装置用于对端面回光信号和调制信号进行拍频处理，得到差拍信号。本技术方案在本振光路上增加了本振信号调制装置，以便对窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号，进而在与所述端面回光信号进行拍频处理时，降低拍频处理后的脉冲畸变和强度畸变，以便最终尽可能还原端面信息。
Description
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种相干脉冲激光雷达。
背景技术
相干脉冲激光雷达进行探测时，会有固有的探测盲区，理论上有脉宽＊光速/2m的探测盲区，本申请的发明人在发明本申请的过程中发现：现有的相干脉冲激光雷达因为调制器件自身所有的上升沿和下降沿限制，脉宽不可能调制的足够小，针对客观存在的脉宽限制，在发射相干脉冲时，脉冲在输出端面和光学天线所接触的位置会发生回光脉冲和强度的畸变，在与本振信号进行相干处理后，在时域信号上会产生脉冲展宽，实际盲区约在1.5倍脉宽＊光速/2m，同时会解析出异常频谱。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种相干脉冲激光雷达，以有效地改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例提供了一种相干脉冲激光雷达，包括：种子信号产生装置、信号发射接收模块、本振信号调制装置以及混频装置；所述种子信号产生装置，用于产生窄线宽种子激光信号；所述信号发射接收模块与所述种子信号产生装置连接，所述信号发射接收模块用于将所述窄线宽种子激光信号进行调制、放大后发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号；所述本振信号调制装置与所述种子信号产生装置连接，所述本振信号调制装置用于对所述窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号；所述混频装置分别与所述本振信号调制装置和所述信号发射接收模块连接，所述混频装置用于对所述端面回光信号和所述调制信号进行拍频处理，得到差拍信号。
在本发明可选的实施例中，所述相干脉冲激光雷达还包括：光电转换装置，所述混频装置与所述光电转换装置连接，所述光电转换装置用于将所述差拍信号转换为电学信号输出。
在本发明可选的实施例中，所述相干脉冲激光雷达还包括：信号处理装置，所述光电转换装置与所述信号处理装置连接，所述信号处理装置用于从所述电学信号中解析出所需的探测信息，其中，所述探测信息包括：距离所述被测目标的距离信息以及所述被测目标的移动频率信息。
在本发明可选的实施例中，所述信号发射接收模块包括：发射信号调制装置、放大器、信号区分装置以及信号发射接收装置；所述种子信号产生装置、所述发射信号调制装置、所述放大器、所述信号区分装置以及所述信号发射接收装置依次连接，所述信号区分装置还与所述混频装置连接；所述发射信号调制装置用于对所述窄线宽种子激光信号的幅值和频率进行调制；所述放大器用于对调制后的窄线宽种子激光信号进行放大；所述信号区分装置用于对放大后的窄线宽种子激光信号以及经所述信号发射接收装置接收的所述端面回光信号进行区分；所述信号发射接收装置用于将放大后的窄线宽种子激光信号发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号。
在本发明可选的实施例中，所述本振信号调制装置为电光开关、磁光开关或声光开关。
在本发明可选的实施例中，所述本振信号调制装置为调制器。
在本发明可选的实施例中，所述信号区分装置包括光学环形器件。
在本发明可选的实施例中，所述信号发射接收装置包括望远镜装置。
在本发明可选的实施例中，述发射信号调制装置为声光调制器。
本发明实施例提供的相干脉冲激光雷达，包括：种子信号产生装置、信号发射接收模块、本振信号调制装置以及混频装置。种子信号产生装置分别与信号发射接收模块和本振信号调制装置连接，混频装置分别与信号发射接收模块和本振信号调制装置连接。种子信号产生装置用于产生窄线宽种子激光信号。信号发射接收模块用于将窄线宽种子激光信号进行调制、放大后发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号。本振信号调制装置用于对窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号。混频装置用于对端面回光信号和调制信号进行拍频处理，得到差拍信号。本技术方案在本振光路上增加了本振信号调制装置，以便对窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号，进而在与所述端面回光信号进行拍频处理时，降低拍频处理后的脉冲畸变和强度畸变，以便最终尽可能还原端面信息，减小端面干扰，同时减小畸变盲区。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1示出了现有的相干脉冲激光雷达的结构示意图。
图2示出了本发明一实施例提供的相干脉冲激光雷达的结构示意图。
图3示出了本发明实施例提供的图2中的信号发射接收模块的结构示意图。
图4示出了本发明又一实施例提供的相干脉冲激光雷达的结构示意图。
图标：100－相干脉冲激光雷达；11－种子信号产生装置；20－信号发射接收模块；12－发射信号调制装置；13－放大器；14－信号区分装置；15－信号发射接收装置；16－本振信号调制装置；17－混频装置；18－光电转换装置；19－信号处理装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。再者，本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，图1为现有的相干脉冲激光雷达的结构示意图。现有相干脉冲激光雷达测量技术中，相干光源1产生的激光信号经过调制器件2调整后，再经过放大器3进行放大，再经过环形器件4以及光学天线5发射探测，同时通过光学天线5接收返回的回波信号，该回波信号通过环形器件4后在器件7处与本振光信号进行相干处理，再经过光电探测装置8转换为电信号最终通过数据处理装置9进行处理。本申请的发明人在发明本申请的过程中发现：因为调制器件2自身所有的上升沿和下降沿限制，脉宽不可能调制的足够小，针对客观存在的脉宽限制，在发射相干脉冲时，脉冲在输出端面和光学天线5所接触的位置会发生回光脉冲和强度的畸变，在与本振信号进行相干处理后，在时域信号上会产生脉冲展宽，实际盲区约在1.5倍脉宽＊光速/2m，同时会解析出异常频谱。
其中，需要说明的是，针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。
鉴于此，本申请实施例提供了一种相干脉冲激光雷达100，如图2所示。该相干脉冲激光雷达100，包括：种子信号产生装置11、信号发射接收模块20、本振信号调制装置16以及混频装置17。其中，种子信号产生装置11分别与信号发射接收模块20和本振信号调制装置16连接，混频装置17分别与信号发射接收模块20和本振信号调制装置16连接。
其中，种子信号产生装置11用于产生窄线宽种子激光信号。一方面，该窄线宽种子激光信号经过信号发射接收模块20，以便所述信号发射接收模块20用于将所述窄线宽种子激光信号进行调制、放大后发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号。另一方面，该窄线宽种子激光信号还经过本振信号调制装置16，以便所述本振信号调制装置16用于对所述窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号，进而以便对窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号，进而在与所述端面回光信号进行拍频处理时，降低拍频处理后的脉冲畸变和强度畸变，以便最终尽可能还原端面信息，减小端面干扰，同时减小畸变盲区。
其中，所述本振信号调制装置16用于对窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号，同时，同步于发射信号，以便在与所述端面回光信号进行拍频处理时，降低拍频处理后的脉冲畸变和强度畸变，以便最终尽可能还原端面信息，减小端面干扰，同时减小畸变盲区。可选地，该所述本振信号调制装置16为电光开关、磁光开关或声光开关。通过控制开关的开启和关闭时间，即可将窄线宽种子激光信号调制成脉冲信号。作为另一种可选的方式，该本振信号调制装置16可以为调制器，例如，振幅调制器等。
其中，所述混频装置17分别与所述本振信号调制装置16和所述信号发射接收模块20连接。所述混频装置17作为相干探测激光雷达的必备元器件，用于对所述端面回光信号(V)和所述调制信号(V0)进行拍频处理，得到差拍信号，减小其他光学信号的干扰。
所述信号发射接收模块20用于将所述窄线宽种子激光信号进行调制、放大后发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号。作为一种可选的实施方式，如图3所示，该信号发射接收模块20包括：发射信号调制装置12、放大器13、信号区分装置14以及信号发射接收装置15。其中，所述种子信号产生装置11、所述发射信号调制装置12、所述放大器13、所述信号区分装置14以及所述信号发射接收装置15依次连接，所述信号区分装置14还与所述混频装置17连接。
所述发射信号调制装置12用于对所述窄线宽种子激光信号的幅值和频率进行调制。所述放大器13用于对调制后的窄线宽种子激光信号进行放大。所述信号区分装置14用于对放大后的窄线宽种子激光信号以及经所述信号发射接收装置15接收的所述端面回光信号进行区分。所述信号发射接收装置15用于将放大后的窄线宽种子激光信号发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号。
其中，对于不同用途的相干激光雷达，该发射信号调制装置12的调制方式可以是扫描函数调制、脉冲调制等方式。可选地，该发射信号调制装置12为声光调制器。
其中，所述放大器13用于对前置调制后的窄线宽种子激光信号进行放大，以便于能够进行更远距离的探测，放大倍数参数等根据具体使用要求进行确定。
其中，信号区分装置14用于对发送给信号发射接收装置15的信号，以及信号发射接收装置15接收的端面回光信号进行区分。本发明中信号的接收和发射光路使用一种结构，可以尽量减小光路尺寸和成本等，可选地，该信号区分装置14包括光学环形器件。
其中，所述信号发射接收装置15用于将信号区分装置14发送的放大后的窄线宽种子激光信号发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号。其中，该信号发射接收装置15包括望远镜装置。可选地，该望远镜装置包括光学天线以及镜筒，在物理结构上保证信号的发射方向和接收口径，增大接收效率等。
此外，作为一种可选的实施方式，如图4所示，所述相干脉冲激光雷达100还包括：光电转换装置18，所述混频装置17与所述光电转换装置18连接，所述光电转换装置18用于将所述差拍信号转换为电学信号输出。所述相干脉冲激光雷达100还包括：信号处理装置19，所述光电转换装置18与所述信号处理装置19连接，所述信号处理装置19用于从所述电学信号中解析出所需的探测信息，其中，所述探测信息包括：距离所述被测目标的距离信息以及所述被测目标的移动频率信息。
其中，为了更好地理解本申请，在其中的一个具体应用场景中，以相干脉冲测风激光雷达为例，传统相干脉冲测风激光雷达探测脉宽为300ns，那么理论上探测盲区为300ns＊3＊108m/s/2＝45m，对于实际使用中，在发射装置的光学端面处反射的脉冲激光会有展宽，与本振信号进行拍频后，实际测量盲区达到了60m，与理论值存在50％的差距。本发明中的相干脉冲激光雷达100技术应用于测风激光雷达领域后，对本振光信号(窄线宽种子激光信号)进行调制，同时同步于脉冲发射信号，对端面处的信号进行拍频处理后，由于本振信号被调制，信号强度和波形都发生了变化，会弥补由于端面处的脉冲信号畸变带来的影响，经过实际***测试，测量盲区在50m，减小了实际使用中的信号盲区，提高了相干脉冲探测测风激光雷达的使用范围。
综上所述，本申请实施例提供的相干脉冲激光雷达，包括：包括：种子信号产生装置、信号发射接收模块、本振信号调制装置、混频装置、光电转换装置以及信号处理装置。其中，信号发射接收模块包括：发射信号调制装置、放大器、信号区分装置以及信号发射接收装置。其中，种子信号产生装置，用于产生窄线宽种子激光信号；所述信号发射接收模块用于将所述窄线宽种子激光信号进行调制、放大后发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号；所述本振信号调制装置用于对所述窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号；所述混频装置用于对所述端面回光信号和所述调制信号进行拍频处理，得到差拍信号；所述光电转换装置用于将所述差拍信号转换为电学信号输出；所述信号处理装置用于从所述电学信号中解析出所需的探测信息，其中，所述探测信息包括：距离所述被测目标的距离信息以及所述被测目标的移动频率信息。本技术方案在本振光路上增加了本振信号调制装置，以便对窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号，进而在与所述端面回光信号进行拍频处理时，降低拍频处理后的脉冲畸变和强度畸变，以便最终尽可能还原端面信息，减小端面干扰，同时减小畸变盲区。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种相干脉冲激光雷达，其特征在于，包括：
种子信号产生装置，用于产生窄线宽种子激光信号；
信号发射接收模块，所述信号发射接收模块与所述种子信号产生装置连接，所述信号发射接收模块用于将所述窄线宽种子激光信号进行调制、放大后发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号；
本振信号调制装置，所述本振信号调制装置与所述种子信号产生装置连接，所述本振信号调制装置用于对所述窄线宽种子激光信号进行脉冲调制，得到调制信号；
以及混频装置，所述混频装置分别与所述本振信号调制装置和所述信号发射接收模块连接，所述混频装置用于对所述端面回光信号和所述调制信号进行拍频处理，得到差拍信号。
2.根据权利要求1所述的相干脉冲激光雷达，其特征在于，所述相干脉冲激光雷达还包括：光电转换装置，所述混频装置与所述光电转换装置连接，所述光电转换装置用于将所述差拍信号转换为电学信号输出。
3.根据权利要求2所述的相干脉冲激光雷达，其特征在于，所述相干脉冲激光雷达还包括：信号处理装置，所述光电转换装置与所述信号处理装置连接，所述信号处理装置用于从所述电学信号中解析出所需的探测信息，其中，所述探测信息包括：距离所述被测目标的距离信息以及所述被测目标的移动频率信息。
4.根据权利要求1－3中任一项所述的相干脉冲激光雷达，其特征在于，所述信号发射接收模块包括：发射信号调制装置、放大器、信号区分装置以及信号发射接收装置；所述种子信号产生装置、所述发射信号调制装置、所述放大器、所述信号区分装置以及所述信号发射接收装置依次连接，所述信号区分装置还与所述混频装置连接；
所述发射信号调制装置用于对所述窄线宽种子激光信号的幅值和频率进行调制；
所述放大器用于对调制后的窄线宽种子激光信号进行放大；
所述信号区分装置用于对放大后的窄线宽种子激光信号以及经所述信号发射接收装置接收的所述端面回光信号进行区分；
所述信号发射接收装置用于将放大后的窄线宽种子激光信号发射出去，以及接收经被测目标反射回来的端面回光信号。
5.根据权利要求4所述的相干脉冲激光雷达，其特征在于，所述本振信号调制装置为电光开关、磁光开关或声光开关。
6.根据权利要求4所述的相干脉冲激光雷达，其特征在于，所述本振信号调制装置为调制器。
7.根据权利要求4所述的相干脉冲激光雷达，其特征在于，所述信号区分装置包括光学环形器件。
8.根据权利要求4所述的相干脉冲激光雷达，其特征在于，所述信号发射接收装置包括望远镜装置。
9.根据权利要求4所述的相干脉冲激光雷达，其特征在于，所述发射信号调制装置为声光调制器。
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