专利名称：激光雷达系统及采用该系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法
技术领域：
本发明涉及激光雷达领域。
背景技术：
激光雷达系统测距方法有三种，脉冲测距法，相位测距法和脉冲压缩方法(包括脉冲相位编码和线性调频技术)。每种方法在分辨率、测距范围以及模糊探测距离等方面都有其优势和局限性。脉冲测距法有较长的测距范围，其分辨率由激光脉冲宽度和系统时间同步精度所决定。脉冲测距法为取得高距离分辨率，需要较窄的脉冲宽度和较高的信号同步精度，这对系统的设计提出了较高的要求。相位测距法的测距范围等于调制信号波长的一半，而相位测距法的距离分辨率与系统的测距范围成反比，因此很难实现相位测距法激光雷达系统同时满足高距离分辨率和远测距范围。脉冲压缩测距方法可以在较长的测距范围内实现距离分辨率为c/2B (c为光速，B为调制信号带宽)。为达到I厘米的距离分辨率，·脉冲压缩信号的带宽应该超过15GHz。对于激光雷达系统，实现高功率大带宽的脉冲压缩信号具有较大技术难度。因此现有的激光雷达系统测距方法存在激光雷达的距离分辨率与测距范围(模糊探测距离)互相制约的问题。
发明内容
本发明为了解决现有的激光雷达系统测距方法存在激光雷达的距离分辨率与测距范围(模糊探测距离)互相制约的问题，从而提出了激光雷达系统及采用该系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法。激光雷达系统，它包括连续激光器、第一调制器、第二调制器、光学发射天线、光学接收天线、数字时钟信号源、模拟时钟信号源、移相器、第一乘法器、第一低通滤波器、相关器、探测器、计算机、除法器、第二乘法器、第二低通滤波器和鉴频器，模拟时钟信号源将连续波时钟信号同时发射至第一调制器、移相器和第一乘法器，移相器将输入的连续波时钟信号输出余弦连续波解调制混频信号至第二乘法器，数字时钟信号源将脉冲相位编码时钟信号同时发送至第二调制器和相关器，连续激光器发射连续激光信号至第一调制器，第一调制器将输入的连续波时钟信号作为调制信号对输入的连续激光信号进行调制，并将调制后的信号发送至第二调制器，第二调制器将输入的脉冲相位编码时钟信号作为调制信号对输入的信号进行再次调制，并将经过脉冲相位编码调制的激光复合调制信号通过光学发射天线发射激光信号，照射目标；激光回波信号通过光学接收天线发送至探测器，探测器将接收到激光回波信号转换为电信号同时发送至相关器、第一乘法器和第二乘法器，相关器根据输入的脉冲相位编码时钟信号和电信号输出目标的低分辨率距离信号至计算机，第一乘法器将输入的电信号和连续波时钟信号输出混频后的信号至第一低通滤波器，第一低通滤波器根据输入的混频后的信号输出第一滤波信号至除法器；第二乘法器将输入的 电信号和余弦连续波解调制混频信号输出混频后的信号至第二低通滤波器，第二低通滤波器根据输入的混频后的信号同时输出第二滤波信号至除法器和鉴频器；鉴频器根据输入的第二滤波信号输出多普勒频移信号至计算机；除法器根据输入的第一滤波信号和第二滤波信输出目标的高分辨率距离信号至计算机，计算机根据输入的目标的低分辨率距离信号和目标的高分辨率距离信号进行计算得到目标距离，计算机根据输入的多普勒频移信号计算得到目标的速度。基于激光雷达系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法模拟时钟信号源将连续波时钟信号B (t)同时发射至第一调制器、移相器和第一乘法器，所述连续波时钟信号B (t)的表达式为
权利要求
1.激光雷达系统，其特征在于它包括连续激光器(I)、第一调制器(2)、第二调制器(3)、光学发射天线(4)、光学接收天线(5)、数字时钟信号源(6)、模拟时钟信号源(7)、移相器(8)、第一乘法器(9)、第一低通滤波器(10)、相关器(11)、探測器(12)、计算机(13)、除法器(14)、第二乘法器(15)、第二低通滤波器(16)和鉴频器(17)， 模拟时钟信号源(7)将连续波时钟信号同时发射至第一调制器(2)、移相器(8)和第一乘法器(9)， 移相器(8)将输入的连续波时钟信号输出余弦连续波解调制混频信号至第二乘法器(15)， 数字时钟信号源(6)将脉冲相位编码时钟信号同时发送至第二调制器(3)和相关器(11)， 连续激光器(I)发射连续激光信号至第一调制器(2)，第一调制器(2)将输入的连续波时钟信号作为调制信号对输入的连续激光信号进行调制，并将调制后的信号发送至第二调制器(3)，第二调制器(3)将输入的脉冲相位编码时钟信号作为调制信号对输入的信号进行再次调制，并将经过脉冲相位编码调制的激光复合调制信号通过光学发射天线(4)发射激光信号，照射目标； 激光回波信号通过光学接收天线(5)发送至探測器(12)，探測器(12)将接收到激光回波信号转换为电信号同时发送至相关器(11)、第一乘法器(9)和第二乘法器(15)， 相关器(11)根据输入的脉冲相位编码时钟信号和电信号输出目标的低分辨率距离信号至计算机(13)， 第一乘法器(9)将输入的电信号和连续波时钟信号输出混频后的信号至第一低通滤波器(10)，第一低通滤波器(10)根据输入的混频后的信号输出第一滤波信号至除法器(14)； 第二乘法器(15)将输入的电信号和余弦连续波解调制混频信号输出混频后的信号至第二低通滤波器(16)，第二低通滤波器(16)根据输入的混频后的信号同时输出第二滤波信号至除法器(14)和鉴频器(17); 鉴频器(17)根据输入的第二滤波信号输出多普勒频移信号至计算机(13); 除法器(14)根据输入的第一滤波信号和第二滤波信输出目标的高分辨率距离信号至计算机(13)， 计算机(13)根据输入的目标的低分辨率距离信号和目标的高分辨率距离信号进行计算得到目标距离，计算机(13)根据输入的多普勒频移信号计算得到目标的速度。
2.基于权利要求I所述激光雷达系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法，其特征在于 模拟时钟信号源(7)将连续波时钟信号B(t)同时发射至第一调制器(2)、移相器(8)和第一乘法器(9)，所述连续波时钟信号B(t)的表达式为B(() = sin(a)0t + (P0)Cl) 其中，CO^表示调幅连续波的角频率、t表示时间、科表示调幅连续波的初始相位； 移相器(8)将输入的连续波时钟信号B(t)进行移相得到余弦连续波解调制混频信号B1 (t)，输出余弦连续波解调制混频信号B1 (t)至第二乘法器(15)，所述余弦连续波解调制混频信号B1U)的表达式为
3.根据权利要求2所述基于激光雷达系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距 和测速方法，其特征在于调幅连续波的角频率的量级为107 108。
全文摘要
激光雷达系统及采用该系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法，涉及激光雷达系统及采用该系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法。它为了解决现有的激光雷达系统测距方法存在激光雷达的距离分辨率与测距范围互相制约的问题。激光雷达系统对光束光强进行了正弦波振幅-脉冲编码复合调制的信号波形。信号的调制方式均为幅度调制，其顺序是一个幅值恒定的信号先经过正弦波幅度调制，再经过脉冲幅度调制，后输出目标的运动速度和距离，由正弦波幅度解调制得到目标运动造成的多普勒频移，从而得出目标的运动速度。本发明适用于雷达领域。
文档编号G01S17/32GK102798866SQ20121028838
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者吴龙, 赵远, 张勇, 靳辰飞, 刘丽萍, 吴杰 申请人:哈尔滨工业大学