[发明专利]一种基于光学锁相的相干激光雷达系统

权利要求书

1.一种基于光学锁相的相干激光雷达系统，包括窄线宽激光器(1)、任意波形发生器(2)、电光相位调制器(3)、第一声光移频器(4)、掺铒光纤放大器(5)、发射望远镜(6)、接收望远镜(7)、第一IQ混频器(8)、第一平衡探测器(9)、数据采集卡(10)、第二IQ混频器(11)、第二平衡探测器(12)、乘法器(13)、低通滤波器(14)、锁相环控制器(15)、压控振荡器(16)、第二声光移频器(17)、发射信号模块(18)，其特征在于：

所述的窄线宽激光器(1)信号首先分成两束，下臂信号经过由发射信号模块(18)驱动的第二声光移频器(17)后作为本振光，上臂信号经过一个由任意波形发生器(2)驱动的电光相位调制器(3)和第一声光移频器(4)后作为信号光；该系统包含锁相光路和信号光路两部分，锁相光路用来消除电光相位调制器(3)产生的随机相位，信号光路用于探测；在锁相光路中，信号光和本振光经过第二IQ混频器(11)完成正交混频，混频后的IQ信号由第二平衡探测器(12)完成光电转换；在信号光路中，信号光经过掺铒光纤放大器(5)放大后耦合到发射望远镜(6)用于探测；由接收望远镜(7)接收到的回波信号与本振光依次经过第一IQ混频器(8)和第一平衡探测器(9)完成光电转换，包含目标信号的IQ信号由数据采集卡(10)完成数据采集；

在锁相环路中，由第二平衡探测器(12)得到的IQ两路电信号首先经过一个乘法器(13)完成鉴相，再由一个低通滤波器(14)滤除干扰得到误差信号，该误差信号反馈给锁相环控制器(15)作为压控振荡器(16)的驱动信号，最后由压控振荡器去修改第一声光移频器(4)频率和相位，使其跟踪本振光，达到锁相的目的。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学锁相的相干激光雷达系统，其特征在于：所述的窄线宽激光器(1)的线宽为1KHz，波长为1550nm，功率为13dbm。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学锁相的相干激光雷达系统，其特征在于：所述的任意波形发生器(2)输出信号最大带宽为5GHz，输出功率为16dbm。电光相位调制器(3)的3db带宽为10GHz。

4.一种基于权利要求1所述的一种基于光学锁相的相干激光雷达系统的光学锁相处理方法，其特征在于方法步骤如下：

1)在锁相环路中，信号光和本振光经第二IQ混频器(11)和第二平衡探测器(12)完成光电转换得到IQ两路信号，然后IQ两路信号经乘法器(13)相乘，即可完成鉴相，其中，第二IQ混频器(11)、第二平衡探测器(12)和乘法器(13)构成一个光学鉴相器；

2)鉴相器输出经过一个低通滤波器(14)，滤除高频信号，得到低频信号，完成对误差信号的实时跟踪；

3)误差信号经过锁相环控制器(15)之后反馈给压控振荡器(16)，实时修改输出信号的频率和相位，同时，压控振荡器(16)又作为第一声光移频器(4)的驱动信号，从而使信号光达到来跟踪本征光的目的，频率锁定后再完成相位锁定，其中，压控振荡器(16)和第一声光移频器(4)一起构成一个光学压控振荡器；

4)本振光路中的第二声光移频器(17)和发射信号模块(18)一起构成一个光学参考源；

5)步骤1)-4)，构成一个闭环回路，实现了以本振路为光学参考信号，消除了电光相位调制器(3)的引入的随机相位。