[发明专利]双通道双啁啾线性调频连续波激光雷达方法及装置

说明书

本发明公开了一种双通道双啁啾线性调频连续波激光雷达方法及装置，光信号分为分别进入两个调制通道的两个正交偏振态光信号；两个正交偏振态光分别经过不同的光学相位调制器调制和光学带通滤波，同步产生不同基频的正负双啁啾的光信号，再分别进行分束由光学天线发射至目标并接收目标回波信号；在接收端，第一调制光通道的目标回波信号与第一本振信号进行相干混频探测，第二调制光通道的目标回波信号与第二本振信号进行相干混频探测，获得包含目标距离和速度信息的拍频信号，拍频信号经滤波、采样和数字信号处理得到雷达平台与目标之间距离和矢量速度。本发明能够实现真正意义的距离和矢量速度的并行同步测量，并具有重复频率高、探测精度高、灵敏度高、抗干扰能力强的优点。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种双通道双啁啾线性调频连续波激光雷达方法及装置。

背景技术

调频连续波激光雷达采用线性调频信号对发射激光的频率进行线性调制，通过比较回波光信号和本振光信号的瞬时频差获得目标距离信息，同时利用多普勒效应对目标进行测速，具有探测灵敏度高、测距测速分辨率高、有利于片上集成等优势，已经在高精度三维成像、遥感测绘和自动驾驶等领域得到了应用。

调频连续波激光雷达系统中核心组件是能够产生线性调频光信号的激光光源。该光源可以是内调制激光光源、啁啾脉冲激光光源和外调制激光光源等。线性调频光信号经由光学分束器进行分束，其中一路作为本振光信号，另一路作为探测信号由光学准直系统照射到目标表面。待测目标的反射光信号由光学准直系统接收，通过光学环形器和光学混频器后，与本振光信号合束，并通入光电探测器中进行相干拍频。最终，信号处理系统从光电探测器的光电流信号中提取目标距离和速度等信息。

调频连续波激光雷达中，光信号的多普勒频移较高，将严重影响调频连续波激光雷达的性能。因此，距离和速度的解耦是调频连续波激光雷达中的是重要问题之一。

第一种有效的解决方案是在调频连续波激光雷达中产生三角波形线性调频信号的光信号(D.Pierrottet,F.Amzajerdian,L.Petway,B.Barnes,G.Lockard,and M.Rubio,LinearFMCW laser radar for precision range and vector velocity measurements,Proc.Mater.Res.Soc.Symp.,1076,K04-06(2008))。在正啁啾阶段和负啁啾阶段，分别获得两个拍频信号，通过计算二者和与差即可分别获取目标距离和速度信息。但是，在三角波形线性调频信号下，两个单频信号实际上分处于不同时段，无法实现真正意义的并行同步测量，不仅降低了重复频率，而且有可能在目标边缘产生噪声点云。

第二种有效的解决方案(Frequency-modulated continuous-wave laser radarusing dual vertical-cavity surface-emitting laser diodes for real-timemeasurements of distance and radial velocity，Opt.Rev.vol.24,no.1,39–46(2017))是利用双VCSEL激光二极管分别产生正负双啁啾信号，双通道发射和接收同时获得两个拍频信号，通过计算二者和与差即可分别获取目标距离和速度信息。但是需要采用锁相环对双激光器进行同步。

第三种有效的解决方案(Simultaneous real-time ranging and velocimetryvia a dual-sideband chirped lidar,IEEE Photon.Technol.Lett.,29,2254-2257(2017))是利用双边带调制同时产生正负双啁啾信号，通过自混合产生获取实时的距离和速度信息。但是双边带调制需要马赫-曾得干涉仪结构的电光I/Q调制器，并且无法获得矢量速度。

发明内容