[发明专利]用于对光学啁啾距离检测进行多普勒检测和多普勒校正的方法和系统

说明书

用于对啁啾光学距离检测进行多普勒校正的技术包括：基于返回光学信号与具有使频率随时间增加的上啁啾的第一啁啾传输光学信号之间的对应频率差来获得距离的第一集合。基于返回光学信号与具有下啁啾的第二啁啾传输光学信号之间的对应频率差获得距离的第二集合。确定代价函数的值矩阵，每个值用于一个距离对，每个距离对包括第一集合中的一个距离和第二集合中的一个距离。基于矩阵确定第一集合中的一个距离和第二集合中的对应的一个距离的匹配对。基于对匹配的距离对进行组合，确定对距离的多普勒效应。基于多普勒效应操作装置。

相关申请的交叉引用

根据35 U.S.C.§119(e)，本申请要求于2016年11月30日提交的临时申请第62/428,109号的权益，其全部内容通过引用结合到本文中，如同在本文中完全阐述。

政府利益声明

本发明根据美国陆军部准予的合同W9132V-14-C-0002、在美国政府的支持下完成。美国政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本申请涉及用于对光学啁啾距离检测进行多普勒检测和多普勒校正的方法和系统。

背景技术

通常由助记符LIDAR述及的用于光检测和测距的光学距离检测用于从测高到成像再到碰撞避免的各种应用。与传统微波测距系统诸如无线电波检测和测距(RADAR)相比，LIDAR以较小波束大小提供较精细的标度距离分辨率。光学距离检测可以通过几种不同的技术来完成，包括基于光学脉冲到目标的往返行进时间的直接测距，以及基于传输的啁啾光学信号和从目标散射的返回信号之间的频率差的啁啾检测。

为了实现可接受的距离准确度和检测灵敏度，直接长距离(long range，远程)LIDAR系统使用脉冲重复率低且脉冲峰功率极高的短脉冲激光器。高脉冲功率可能引起光学部件快速退化。啁啾LIDAR系统使用峰光学功率相对低的长光学脉冲。在该配置下，距离准确度取决于啁啾带宽而不是脉冲持续时间，因此仍然可以获得优异的距离准确度。

已经通过使用宽带射频(RF)电信号调制光学载波来实现有用的光学啁啾带宽。啁啾LIDAR的最新进展包括使用相同的经调制的光学载波作为参考信号，该参考信号与返回信号在光学检测器处组合以在结果电信号中产生与参考信号和返回光学信号之间的频率差成比例的相对低的拍频。检测器处的这种频率差的拍频检测称为外差检测。它具有本领域已知的若干优点，诸如使用现成且廉价可用的RF部件的优点。美国专利号7,742,152 中描述的最近成果示出了一种新颖的较简单的光学部件布置，该布置使用从传输的光学信号分离的光学信号作为参考光学信号。该布置在该专利中称为零差检测。

发明内容

本发明人已经认识到一些情形和应用，在这些情形和应用中对象(使用光学啁啾检测到其的距离)的运动由于多普勒频移而显著地影响这样的应用。提供了用于在这样的光学啁啾距离测量中检测多普勒效应并补偿多普勒效应的技术。

在第一组实施方式中，在处理器上实施的方法包括：基于返回光学信号相较于第一啁啾传输光学信号的对应频率差来获得一个或多个距离的第一集合。第一啁啾传输光学信号包括随时间增加其频率的上啁啾。该方法还包括基于返回光学信号相较于第二啁啾传输光学信号的对应频率差来获得一个或多个距离的第二集合。第二啁啾传输光学信号包括随时间降低其频率的下啁啾。该方法还更进一步包括确定代价函数的值矩阵，代价函数的每个值用于一个距离对，其中每个距离对包括第一集合中的一个距离和第二集合中的一个距离。更进一步地，该方法包括确定包括第一集合中的一个距离和第二集合中的对应的一个距离的匹配的距离对，其中对应关系是基于值矩阵的。还更进一步地，该方法包括基于对匹配的距离对进行组合来确定对距离的多普勒效应。还更进一步地，该方法包括基于多普勒效应操作装置。