[发明专利]相干激光测高频率解调电路

说明书

技术领域

本发明涉及光电信号，特别是一种相干激光测高频率解调电路，它是一种采用各种电子学器件实现相干激光测高频率解调的电路。

背景技术

随着相干激光测高技术的飞速发展，它已具有通常方法无法达到的精度和灵敏度，其高信噪比、高分辨灵敏度等特点使其越来越受到关注，从而在对地观测和深空探测中得到了广泛的应用。

相干激光测高技术的发展，不仅取决于激光技术本身的长期发展，同时还取决于各种新方法的产生和器件的快速发展。多普勒频率的准确、稳定且简单的相干检测方法对实现有效测距起到至关重要的作用。同时，可以根据得到的相应数据对地表面情况进行描述，进而重现地形特征。

相干激光测高的工作原理，即系统发射单纵模连续激光作为载波信号后，再将其斩波为脉冲信号，并将啁啾信号调制到该激光束上，发射该激光脉冲到地面上，最后由系统接收回波，进行时间—频率转换，从而得到所需的距离信息。

距离高度的测量方式分为脉冲间隔测量法、直接探测法和相干探测法三种。脉冲间隔测量方法是利用测量脉冲的飞行时间间隔来获取距离信息。直接探测方法是通过调节发射机的发射频率，直接探测回波信号，利用发射信号和接收信号之间的频率差推算出时间延迟，从而获得距离信息。相干探测方法则是在直接探测的基础上引入一束参考光束相干而进行测量的方法。

相对脉冲间隔测量会因激光的高峰值功率、短脉冲、高功率引起的激光器寿命缩短的缺点而言，相干探测采用低峰值功率、长脉冲进行探测，降低了对激光器工作寿命的影响；相对直接探测时所引发的低信噪比问题而言，相干探测显著提高了接收信号的信噪比，从而提高了距离的测量精度。鉴于以上所述的原因，相干探测比其他两种探测方式更具有优势，因而采用相干探测进行距离高精度测量。

美国是最早开展相干激光测高研究的国家，在相干激光测高方面的研制和应用上处于世界领先地位。在1971年—1972年的阿波罗探月工程中最早使用激光高度计。1994年发射了星载探月激光高度计克莱芒蒂娜。1996年又发射了星载火星观测激光高度计。2003年发射了星载地球科学激光高度计。

我国在“十五”期间，上海光机所和安徽光机所也开展了相干激光测高的研究。在2002年启动的“嫦娥”探月工程中搭载了激光高度计，用于月球表面的三维测量，是我国自主研发的首个主动激光探测仪器。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种相干激光测高频率解调电路，以减少系统的体积。该电路应具有实时频率解调、产生啁啾信号、声光调制驱动的功能和连续测量、结构简单、操作简便、成本低的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种相干激光测高频率解调电路，特征在于其构成包括：

一光电探测器，该光电探测器的输出端接高通滤波器，该高通滤波器的输出端接第一混频器的一个输入端；

一信号发生器的输出端接啁啾信号发生器的输入端，该啁啾信号发生器的输出端接第一混频器的另一个输入端；

所述的第一混频器的输出端接第一低通滤波器，该第一低通滤波器的输出分为两路：一路接第二混频器的一个输入端，另一路接第三混频器的一个输入端；

本地振荡器的输出端经90°移相器接第二混频器的另一输入端，该第二混频器的输出端经第二低通滤波器接数据采集卡；

本地振荡器的输出端接第三混频器的另一输入端，该第三混频器的输出端经第三低通滤波器接所述的数据采集卡；

本地振荡器的晶体振荡器输出信号经本地振荡器中的低通滤波器后得到的输出作为声光调制器的驱动源。

本发明相干激光测高频率解调电路的工作过程：

光电探测器接收含有距离信息的光信号，其输出的电信号经高通滤波器作用后，与啁啾信号发生器输出信号共同通过第一混频器作用，再经第一低通滤波器作用得到输出信号。该输出信号又分为两路，一路与本地振荡器输出信号通过第一混频器作用后再通过第二低通滤波器输出到数据采集卡，另一路与经过90°移相的本地振荡器输出信号通过第二混频器作用后再通过第三低通滤波器输出到数据采集卡。其中，啁啾信号发生器的输入信号由信号发生器提供。同时，将本地振荡器中的晶体振荡器输出信号经本地振荡器中的低通滤波器后得到的输出信号作为AOM的驱动源。

所述的光电探测器为PIN光电二极管(P-type intrinsic N-type PhotoDiode，以下简称为PIN光电二极管)。

所述的本地振荡器由55MHz的晶体振荡器和通带频率为55MHz的带通滤波器组成。

所述的90°移相由芯片及同轴电缆构成。