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；
[0071] b、经过时间间隔twl后，由所述第一激光器产生第六光束0006,所述第六光束 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)。需要说明的是：
[0072] 所述探测脉冲与所述光谱光栅作用后经过τΒ>时间产生所述巴克码光信号 Eb(t)，τ D min是所述参考光脉冲信号和所述编码光脉冲信号相同频率处延时的最小值。
[0073] 所述参考光脉冲信号中光脉冲E1 (t)的频域表达式为：
【主权项】
1. 一种激光雷达测距的装置，其特征在于，该装置包括包括包括： 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E2 (t)和探测 光脉冲信号E3 (t); 读光源模块（20)，用于产生读啁啾光信号Ed (t); 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)， τ 巴克码光信号的收发延时； 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 息卩，（《)，用所述读啁啾光信号ED(t)读出所述功率谱信息Ρτ(ω); 信号后处理模块（50)，探测所述功率谱信息P τ ( ω )，对所述功率谱信息P τ ( 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； 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。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号预产生模块（10)包括： 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 E1⑴和探测光脉冲信号E3⑴； 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 E2⑴； 第二反射镜（110)，第三反射镜（111)，用于改变所述第五光束（0005)的传输路径，使 所述第五光束（0005)入射到中央处理模块40中。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述读光源模块（20)包括： 由第二激光器（201)产生第十二光束（0012)，由所述第三任意信号发生器（203)控制 所述第三声光调制器（202)将所述第十二光束（0012)调制为第十三光束（0013)，即读啁啾 光信号ED(t)。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号收发模块（30)包括： 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Eb(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Eb(t-Td);第五放大器（308)。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中央处理模块（40)包括： 烧孔晶体材料（401)，用于使所述参考光脉冲信号E1U)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Eb(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)相干后的功率谱信息Ρτ(ω);光栅声光调制器（402)，用于滤除掉所述参考光脉 冲信号E1 (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)。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号后处理模块（50)包括： 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Td，由所述收发延时 Td得出待测目标的距离R。
7. -种激光雷达测距的方法，其特征在于，该方法包括： 步骤1、将时间重叠的所述参考光脉冲信号E1U)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E3 (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 1; 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Eb(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Eb (t_ τ d)相干后的功率谱信息P τ ( ω )，τ d为所述巴克码光信号的收发延时； 步骤3、记录下所述功率谱信息？，（《)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P 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。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1中： 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E1 (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E2 (t)，所述第四光束0004和所述第五光束0005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； b、 经过时间间隔twl后，由所述第一激光器产生第六光束0006,所述第六光束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E3 (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)。
9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2中： 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 ; 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Ρτ (ω)。
10. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3中： 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Ed (t); 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？，（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 Pτ (ω)，由信号处理系统对所述功率谱信息Pτ (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-xd)的相关函数R(〇，所述相关函数R(〇的 峰值处即为所述巴克码光信号的收发延时τ d，从而计算出与待测目标的距离R = c τ d/2， 其中c表不光速。
【专利摘要】本发明公开了一种激光雷达测距的装置，其特征在于，该装置包括：信号预产生模块(10)，用于产生参考光脉冲信号E1(t)、编码光脉冲信号E2(t)和探测光脉冲信号E3(t)；读光源模块(20)，用于产生读啁啾光信号ED(t)。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-τd)，τd为巴克码光信号的收发延时；中央处理模块(40)，用于使所述参考光脉冲信号E1(t)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-τd)的功率谱信息Pτ(ω)，用所述读啁啾光信号ED(t)读出所述功率谱信息Pτ(ω)。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。
【IPC分类】G01S17-08
【公开号】CN104833980
【申请号】CN201510259624
【发明人】马秀荣, 王松, 梁裕卿, 单云龙
【申请人】天津理工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月20日