对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及相干激光雷达，尤其涉及一种双对称三角线性调频连续波激光雷达探 测目标的方法，该方法能探测远距离目标的距离信息、速度信息，还能以大于飞行时间约束 限制的高探测重复频率（DRF)进行探测。
【背景技术】
[0003] 请参阅图1，现行高精度测速激光雷达采用相干体制，通过分析回波信号中频率 的变化，推算速度造成的多普勒频移。对于相干体制的测距雷达，通常使用线性调频信号 (LFM信号，即啁啾信号)调制激光雷达的激光信号而获得对称三角线性调频信号，图1示意 出了这样的三角线性调频信号，在图1中，5 :啁啾调制带宽；Γ :一个对称三角线性调频 (STLFM)的调制周期；:频率调制速度(斜率);八：线性调频上变频或者下变频所用时间， 该对称三角线性调频信号作为雷达的发射信号通过发射天线向目标发射，然后，通过分析 本振激光信号和目标发射所述对称三角线性调频信号而获得的回波信号因飞行时间造成 的延迟导致的频率差实现测距。
[0004] 现有对称三角线性调频连续波激光雷达仅能探测距离动态范围小于5/2的范围 内的目标，其中，i?为一个STLFM调制周期Γ对应的飞行距离。当探测目标飞行距离动态范 围大于B/2时，回波信号和本振信号会存在同一个变频方向的线性调频部分不能重叠的可 能，不能得出稳定的差频信号，所以，探测目标飞行距离动态范围小于i?/2。而对于延长调 制周期T以增加探测距离动态范围，则回波需要采集大量的数据点作频谱分析，实现并不 现实。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的问题是现有的对称三角线性调频连续波激光雷达只能够探测飞行 距离动态范围小于Λ/2内的目标的问题。
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的 方法，在雷达设定的激光飞行距离动态范围小于及时，其中，i?为发射信号中一个对称三角 线性调制信号的一个调制周期对应的飞行距离，该方法包括如下步骤：通过啁啾信号对激 光雷达产生的激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行处理而获得发射信号、 第一本振信号和第二本振信号，其中，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为&或相 对于第一本振信号有相移；通过所述激光雷达向目标发射所述发射信号而获得回波信号， 获得回波信号分别与第一本振信号频率差值中距离造成的频率变化的固定部分以及第 二本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分f，分别根据Λ = y而解算出 J x2 Il
【主权项】
1. 对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：在雷达设定的激 光飞行距离动态范围小于S时，其中，i?为对称H角线性调制信号的一个调制周期对应的 飞行距离，该方法包括如下步骤： 通过调眼信号对激光雷达产生的激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行 处理而获得发射信号、第一本振信号和第二本振信号，其中，第二本振信号相对于第一本振 信号的延时为哥或相对于第一本振信号有相移； 通过所述激光雷达向目标发射所述发射信号而获得回波信号，获得回波信号分别与第 一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分乂iW及第二本振信号的频率差 值中距离造成的频率变化的固定部分，，分别根据乂. = ^而解算出，对应的了和， 对应的并根据 而获得真实 T) 距离S，其中，5为对称H角线性调频的调制带宽，了为一个对称H角线性调频的调制周 期，并且有7^=2x^J。
2. 如权利要求1所述的对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在 于：所述延时=写或第二本振信号相对第一本振信号的相移是180度。
3. 如权利要求1或2所述的的对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其 特征在于：所述方法还获得回波信号中多普勒效应导致的频率变化值，根据尤而 获得目标的速度y。
4. 对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：在雷达设定的激 光飞行距离动态范围大于S时，其中，S为对称H角线性调制信号的一个调制周期对应的 飞行距离，该方法包括如下步骤： 通过调眼信号对激光雷达产生的激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行 处理而获得发射信号和第一本振信号和第二本振信号； 先W周期巧发射所述发射信号而获得第一回波信号，再W周期^2发射所述发射信号而 获得第二回波信号，在W周期巧发送发射信号时，第二本振信号相对于第一本振信号的延 时为而1或相对第一本振信号有相移，在W周期&发送发射信号时，第二本振信号相对于第 一本振信号的延时为了D2或相对第一本振信号有相移，获得第一回波信号与第一本振信号 的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分/mW及与第二本振信号的频率差值中距
离造成的频率变化的固定部分九12,第二回波信号与第一本振信号的频率差值中距离造成 的频率变化的固定部分乂.21 W及与第二本振信号频率差值中距离造成的频率变化的固定 部分九22，根据2S = ?& +ri W及2S = ?-馬计算而获得真实距离S，其中，为周期是 发射信号中一个对称H角线性调制信号对应的距离，& = C巧，《为发射信号飞行距离中 完整的的个数，&为周期是r;的发射信号中一个对称H角线性调制信号的调制周期对 应的距离，& =='写，W为发射信号飞行距离中完整的A的个数，C是激光光速， 解算的具体过程如下；根据又而解算出.对应的和/对应的并根据 r! 主II Jni 町 Ad 馬 而计算出，其中，为调制周期为 n 玄1 马 时的调制带宽； 解算的具体过程如下；根据式而解算出/^1对应的ti和对应的并根据 而计算出，其中，为调制周期为 。 方2 了2时的调制带觉。
5. 如权利要求4所述的对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在 于：雷达设定的探测距离动态范围的最大值^满足
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6. 如权利要求4所述的对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在 于；所述延时而1 = Tu = ^或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度；所述 延时=是2 =1或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度。
7. 如权利要求4至6中任何一项所述的的对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标
的方法，其特征在于：所述方法还获得回波信号中多普勒效应导致的频率变化值克，根据 為=斗而获得目标的速度。 1 V
8.对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：在雷达设定的激 光飞行距离动态范围大于及时，其中，i?为对称H角线性调制信号的一个调制周期对应的 飞行距离，该方法包括如下步骤： 通过第一调眼信号对激光雷达产生的波长为的第一激光信号进行调制而获得周期 为巧的第一调制信号，对第一调制信号进行处理而获得第一分频信号、第一本振信号和第 二本振信号，其中，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为写1或相对第一本振信号有 相移； 通过第二调眼信号对激光雷达产生的波长为(式。# ^1)的第二激光信号进行调制而 获得周期为了2的第二调制信号，对第二调制信号进行分频而获得第二分频信号、第H本振 信号和第四本振信号，其中，第四本振信号相对于第H本振信号的延时为与2或相对第H本 振信号有相移； 对第一分频信号和第二分频信号进行禪合而获得发射信号，通过所述连续波雷达 发射该发射信号而获得回波信号，获得回波信号与第一本振信号的频率差值中的固定部 分乂11、与第二本振信号的频率差值中的固定部分乂 12、与第H本振信号的频率差值中的 固定部分在3和与第四本振信号的频率差值中的固定部分乂14,根据2^ = 及 2S = ?& +r;计算而获得真实距离S，其中，为周期是巧发射信号中一个对称H角线性 调制周期对应的距离，= C巧，"为发射信号飞行距离中完整的马的个数，&为周期是马 的发射信号中一个对称H角线性调制周期对应的距离，及2 =c巧，m为发射信号飞行距离中 完整的的个数，C是激光光速； tS 解算的具体过程如下；根据乂 = 而解算出^对应的和/对应的并根据 厂1 ^11 Jxll 了I J xl2 早2
而计算出，其中，为调制周期为 时的调制带觉； 解算的具体过程如下；根据九=^而解算出.对应的和/对应的并根据 尸2 ^12 了 1 Jm 了2
面计算出，其中，为调制周期为 气 去2 马时的调制带宽。
9. 如权利要求8所述的对称H角线性调频连续波激光雷达的测距方法，其特征在于： 所述延时=写1 = !或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度；所述延时 为7^2 =馬2 =1或者第四本振信号相对于第H本振信号的相移为180度。
10. 如权利要求8所述的对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征 在于：所述第二激光信号的波长為与第一激光信号的波长；M廣足片-却< 0.05皿且第一 激光信号和第二激光信号之间的频率差大于探测器响应带宽。
11. 如权利要求8或9或10所述的对称H角线性调频连续波激光雷达探测目标的 方法，其特征在于：所述方法还获得回波信号中多普勒效应导致的频率变化值戈，根据 丸=草而获得目标的速度V。 A
【专利摘要】本发明公开对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标方法。该方法通过啁啾信号对激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行处理而获得发射信号、第一本振信号和第二本振信号，通过回波信号分别与第一本振信号和第二本振信号相干而计算回波信号分别与第一本振信号和第二本振信号的差频中距离造成的频率变化的频率差值的固定部分和速度造成的多普勒频移，通过计算出目标速度，通过计算出，并根据计算出以及和求出距离，回波信号与第一本振信号、第二本振信号分别相干，相互组合的结果使得被探测目标的激光飞行距离的动态范围达到整个对称三角线性调频调制周期所对应的距离，本发明使得雷达的探测距离的动态范围相对于现有技术增大了一倍。
【IPC分类】G01S17-50
【公开号】CN104597452
【申请号】CN201310531236
【发明人】舒嵘, 吴军, 洪光烈
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年11月1日