一种激光雷达测距的装置和方法

文档序号:8511927阅读:505来源:国知局
一种激光雷达测距的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达通信技术,特别涉及一种激光雷达的测距装置和方法。
【背景技术】
[0002] 激光雷达是在光电福射探测和传统雷达基础上发展起来的主动成像技术。它在延 用电磁雷达测距原理的基础上,采用探测波长更短的光波作为探测光源,相对于微波雷达 和毫米波具有更高的空间分辨率,可实现目标轮廓达毫米量级的高分辨率空间成像;光波 能够穿透伪装网、树叶等遮蔽物,实现"簇叶"下目标探测。因此,激光雷达在末端制导、激 光主动寻的、伪装下的装甲车辆探测、行星探测器自动登陆和飞行器防撞等领域有着广阔 的应用。激光雷达探测光束发散角通常为几十毫弧度,只有恰好在激光探测光路上才能被 干扰和监听,相对于传统雷达具有更强的空间抗干扰能力和保密性,展现了良好的军事应 用前景。
[0003] 正是由于激光雷达具有高距离分辨率,并且抗干扰能力强,与微波雷达相比较,其 体积更小,重量更轻,这些都是激光雷达独一无二的特点,因此激光雷达成为一项持续发展 的技术,在军事领域有着极其重要的用途,各国的军方都对其予以极大关注。
[0004] 激光雷达测距时是向目标发送一束很细的激光,经目标发送后由光电探测器接 收,计时器测定激光束往返运行时间,即可算出被测距离。激光采用脉冲发送方式,测距精 度最高可达0. 15m。

【发明内容】

[0005] 本发明旨在解决现有雷达测距系统中存在的处理信号带宽低,测距精度低的问 题。
[0006] 本发明的技术方案是提供了一种激光雷达测距的装置,其特征在于,该装置包 括:
[0007] 信号预产生模块(10),用于产生参考光脉冲信号E1U)、编码光脉冲信号E 2 (t)和 探测光脉冲信号^(〇 ;
[0008] 读光源模块(20),用于产生读啁啾光信号Ed (t)。
[0009] 信号收发模块(30),用于发送巴克码光信号Eb(t),接收巴克码回波光信号 Eb(t_ τ d),τd为巴克码光信号的收发延时;
[0010] 中央处理模块(40),用于使所述参考光脉冲信号E1U)与所述编码光脉冲信号 E2 (t)相干产生光谱光栅,探测光脉冲信号E3 (t)与所述光谱光栅相互作用产生巴克码光信 号Eb(t);用于记录巴克码光信号Eb(t)与接收到的巴克码回波光信号Eb(t-T d)的功率谱 信息Ρτ(ω),用所述读啁啾光信号ED(t)读出所述功率谱信息Ρ τ(ω);
[0011] 信号后处理模块(50),探测所述功率谱信息Ρτ (ω),对所述功率谱信息Ρτ (ω)进 行FFT变换后得到所述巴克码信号的收发延时Td,由所述收发延时Td得出待测目标的距 离R 0
[0012] 其中,中央处理模块(40)分别与信号预产生模块(10),读光源模块(20),信号收 发模块(30)和信号后处理模块(50)相连接。
[0013] 进一步地,所述信号产生模块(10)包括:
[0014] 第一激光器(101),用于产生第一光束0001和第六光束0006 ;第一分束器(102); 第一放大器(103);第一声光调制器(104)和第一任意信号发生器(105),用于产生所述参 考光脉冲信号E1U)和探测光脉冲信号E 3(t);第一反射镜(106);第二放大器(107);第二 声光调制器(108)和第二任意信号发生器(109),用于产生编码光脉冲信号E 2 (t);第二反 射镜(110);第三反射镜(111)。
[0015] 进一步地,所述读光源模块(20)包括:
[0016] 第二激光器(201),用于产生第十二光束0012 ;第三声光调制器(202)和第三任意 信号发生器(203),用于产生所述读啁啾光信号Ed (t)。
[0017] 进一步地,所述信号收发模块(30)包括:
[0018] 第二分束器(301);第三放大器(302);发送光学系统(303),用于发送所述巴克 码光信号E b(t);第四放大器(304);第四反射镜(305);第五反射镜(306);接收光学系统 (307),用于接收所述巴克码回波光信号E b (t-Td);第五放大器(308);第六反射镜(309)。
[0019] 进一步地,所述中央处理模块(40)包括:
[0020] 烧孔晶体材料(401),用于使所述参考光脉冲信号E1⑴和所述编码光脉冲信号 E2 (t)相干产生所述光谱光栅,所述探测光脉冲信号E3(t)入射到所述烧孔晶体材料(401) 会产生所述巴克码光信号E b(t),还用于记录巴克码光信号Eb(t)与接收到的巴克码回波光 信号Eb(t_ Td)的功率谱信息Ρτ(ω);光栅声光调制器(402),用于滤除掉所述参考光脉冲 信号E 1 (t),所述编码光脉冲信号E2 (t)和所述探测光脉冲信号E3 (t),只允许所述巴克码光 信号Eb (t)通过;第一凸透镜(403);第二凸透镜(404)。
[0021] 进一步地,所述信号后处理模块(50)包括:
[0022] 光电探测器(501),用于探测所述功率谱信息Ρτ (ω);信号后处理系统(502),对 所述功率谱信息Ρτ (ω)进行FFT变换后得到所述巴克码信号的收发延时τ d,由所述收发 延时Td得出待测目标的距离R。
[0023] 本发明提供了一种激光雷达测距的方法,其特征在于,该方法包括:
[0024] 步骤1、将时间重叠的所述参考光脉冲信号E1 (t)和所述编码光脉冲信号E2 (t)入 射到所述烧孔晶体材料的位置1,完成所述光谱光栅的制备;经过时间间隔twl后,将所述探 测光脉冲信号E 3 (t)入射到所述烧孔晶体材料的位置1,产生要发送的所述巴克码光信号 Eb (t),其中,要求twl小于所述烧孔晶体材料的粒子寿命T i;
[0025] 步骤2、将所述巴克码光信号Eb(t)分为两路信号,其中一路信号发送到目标,另一 路信号入射到所述烧孔晶体材料的位置2,将接收到的巴克码回波光信号E b(t- τ d)入射到 所述烧孔晶体材料的位置2,所述烧孔晶体材料记录下所述巴克码光信号Eb(t)与所述巴克 码回波光信号E b (t_ τ d)的所述功率谱信息Ρτ (ω),τ d为所述巴克码光信号的收发延时;
[0026] 步骤3、记录下所述功率谱信息卩,(ω)后,经过时间间隔tw2,将所述读啁啾光信号 Ed(t)入射到所述烧孔晶体材料的位置2读出所述功率谱信息Pτ (ω ),其中,要求tw2小于 所述烧孔晶体材料的粒子寿命T1。对所述功率谱信息Ρ τ (ω)进行FFT变换后得到所述巴 克码光信号的收发延时τ d,计算出与待测目标的距离R。
[0027] 进一步地,步骤1中:
[0028] a、由所述第一激光器产生第一光束0001,所述第一分束器将所述第一光束0001 分为第二光束0002和第四光束0004,所述第二光束0002经过第一放大器后,由所述第一任 意信号发生器控制所述第一声光调制器将所述第二光束0002调制为第三光束0003,即所 述参考光脉冲信号E 1 (t);所述第四光束0004经过第二放大器后,由所述第二任意信号发 生器控制所述第二声光调制器将所述第四光束0004调制为第五光束0005,即所述编码光 脉冲信号E 2 (t),所述参考光脉冲信号E1U)和所述编码光脉冲信号E2 (t)同时入射到所述 烧孔晶体材料的位置1,在所述烧孔晶体材料的非均匀吸收谱上相干产生所述光谱光栅;
[0029] b、经过时间间隔twl后,由所述第一激光器产生第六光束0006,所述光束0006 经过第一放大器后,由所述第一任意信号发生器控制所述第一声光调制器将所述第六光束 0006调制为第七光束0007,即所述探测光脉冲信号E 3 (t),所述探测光脉冲信号E3 (t)入射 到所述烧孔晶体材料的位置1,产生第八光束0008,即要发送的所述巴克码光信号Eb (t)。
[0030] 进一步地,步骤2中:
[0031] a、将所述巴克码光信号Eb(t)由第二分束器分为第九光束0009、第十光束0010 两路,所述第九光束0009经过第三放大器进入到发送光学系统发送到目标,所述第十光束 0010经过第四放大器入射到所述烧孔晶体材料的位置2 ;
[0032] b、将接收光学系统接收到的第十一光束0011,即所述巴克码回波光信号 Eb (t- τ d),经过第五放大器入射到所述烧孔晶体材料的位置2,所述烧孔晶体材料会记录下 所述功率谱信息P τ ( ω )。
[0033] 进一步地,步骤3中:
[0034] a、记录下所述功率谱信息Ρτ (ω)后,经过时间间隔tw2,由所述第二激光器产生 第十二光束0012,由所述第三任意信号发生器控制所述第三声光调制器将所述第十二光束 0012调制为第十三光束0013,即所述读啁啾光信号E d (t);
[0035] b、所述读啁啾光信号Ed (t)入射到所述烧孔晶体材料的位置2,得到包含所述功 率谱信息Ρτ (ω)的第十四光束0014,所述第十四光束0014进入光电探测器得到所述功 率谱信息P τ (ω ),由信号处理系统对所述功率谱信息P τ (ω)进行FFT变换得到所述巴克 码光信号Eb (t)和所述接收到的巴克码光信号Eb (t_ τ d)的相关函数R( τ ),所述相关函数 R(T)的峰值处即为所述巴克码光信号的收发延时Td,从而计算出与待测目标的距离R = c τ d/2,其中c表示光速。本发明解决了现有雷达测距系统中存在的处理信号带宽低,测距 精度低的问题。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明所述的测距激光雷达的装置图。
[0037] 图2为本发明所述的测距激光雷达的模块图。
[0038] 图3为本发明所述的信号产生模块的装置图。
[0039] 图
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