[发明专利]基于一维光相控阵的三维扫描激光雷达

权利要求书

1.一种基于一维光相控阵的三维扫描激光雷达，包括窄线宽激光光源与高速集成电路控制器，其特征在于，还包括发射端(Tx)、相干接收端(Rc)和非相干接收端(Ri)，所述的发射端(Tx)包括沿所述的窄线宽激光光源输出的探测光方向依次的探测光输入波导(101)、第一分束器模块(102)、移相器阵列模块(103)和耦合抑制亚波长间距一维发射阵列(104)；所述的相干接收端(Rc)包括沿目标反射的信号光方向的稀疏间隔模斑变换一维接收阵列(201)、沿所述的窄线宽激光光源输出的参考光方向的参考光输入波导(202)、第二分束器模块(203)和相干接收模块(204)；所述的非相干接收端(Ri)包括沿目标反射的信号光方向依次的空间光学模块(301)和线阵光电传感器(302)，所述的线阵光电传感器(302)的输出端与所述的高速集成电路控制器的第2输入端相连；所述的发射端的移相器阵列模块(103)的移相器的控制端、相干接收端的相干接收模块(204)的控制端与所述的高速集成电路控制器的输出端相连，所述的相干接收端的相干接收模块(204)的输出端与所述的高速集成电路控制器的第1输入端相连；

所述的耦合抑制亚波长间距一维发射阵列(104)沿着水平方向布置，其干涉得到的定向波束是沿着经线方向的条形波束，并能在方位角方向上进行一维线性扫描；与此同时，所述的相干接收端的接收天线的M通道的稀疏间隔模斑变换一维接收阵列(201)与所述的线阵光电传感器(302)均沿着竖直方向布置，由光路可逆原理可知，接收阵列与光电传感器阵元的方向选择性是沿着纬线方向的条形区域，前者能在俯仰角方向进行一维线性扫描，后者则能同时接收所有俯仰角方向的回波并予以分辨，从而实现三维扫描；也可以采用其他方式的收发正交布置以及严格正交方式之外的收发复杂度分解方式。

2.根据权利要求1所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的窄线宽激光光源可以和芯片系统一起混合集成，或由分立的外部主机提供。

3.根据权利要求1所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的窄线宽激光光源输出的探测光从探测光输入波导(101)进入芯片，并由第一分束器模块(102)分配到N路波导中，当N小于等于64时，输出通道的光波振幅按照切比雪夫分布，当N大于64后，通道的光波振幅按照泰勒-凯泽分布；其后，探测光将经过N通道的移相器阵列模块(103)，最终从N通道的耦合抑制亚波长间距一维发射阵列(104)离开发射端，进入自由空间照射目标，其中：N大于等于4，发射阵列为均匀阵列，所述的亚波长指二分之一的工作波长到一倍的工作波长之间的一个特定值，具体取值由通道数目和扫描范围决定，工作波长范围覆盖1500nm至1600nm。

4.如权利要求1所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的相干接收端，所述的窄线宽激光光源输出的参考光从参考光输入波导(202)进入芯片，并由参考光第二分束器模块(203)将单路输入的参考光功率分配到M路波导中，当M小于等于64时，输出通道的光波振幅按照切比雪夫分布，当M大于64后，通道的光波振幅按照泰勒-凯泽分布；并针对实际接收阵列的阵元几何关系插值得出；所述的稀疏间隔模斑变换一维接收阵列(201)具有M通道，与此同时，由目标反射的信号光将从M通道的稀疏间隔模斑变换一维接收阵列(201)耦合进入芯片系统，来自第二分束器模块(203)的M通道参考光和来自接收天线的M通道的稀疏间隔模斑变换一维接收阵列(201)的M通道信号光在所述的相干接收模块(204)中进行光电探测，产生含有目标距离信息的电信号，其中：M大于等于4，接收阵列为非均匀间隔稀疏阵列，并配合使用曲面与阵列方向垂直的柱面镜，最大限度提高相干接收端的有效接收面积。

5.如权利要求1所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的非相干接收端，来自目标反射的信号光从空间光学模块(301)处返回非相干接收端并聚焦在所述的线阵光电传感器(302)所在的平面上，并由所述的线阵光电传感器(302)予以分别接收。

6.如权利要求1所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的第一分束器模块(102)和第二分束器模块(203)采用级联定向耦合器或星型耦合器。