專利名稱：外差脈沖壓縮式多功能激光雷達及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光雷達，特別涉及一種外差脈沖壓縮式多功能激光雷達及其控制方法。
背景技術：
激光雷達測量目標的多種信息是一個重要的研究目標，同時準確測量目標的速度、距離、反射率信息依然是一個技術難題，并且為了目標識別的需要，還需要測量目標的微多普勒信息和自身的振動信息，已有的激光雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)測距就不能測速和測量微多普勒，系統(tǒng)結構不夠兼容。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決目前的激光雷達實現(xiàn)測距就不能測速和測量微多普勒，系統(tǒng)結構不夠兼容的問題，本發(fā)明提供一種外差脈沖壓縮式多功能激光雷達及其控制方法。本發(fā)明的一種外差脈沖壓縮式多功能激光雷達，它包括穩(wěn)頻激光器、分束鏡、線性調頻器、第一偏振片、第一 1/4波片、發(fā)射天線、接收天線、第二偏振片、第二 1/4波片、第一反射鏡、第二反射鏡、1/2波片、APD、放大器、脈沖壓縮模塊和FFT模塊；在穩(wěn)頻激光器發(fā)射的激光的光軸上依次設置分束鏡、線性調頻器、第一偏振片、第
一1/4波片和發(fā)射天線，經分束鏡透射的光依次經過線性調頻器、第一偏振片、第一 1/4波片入射至發(fā)射天線，經發(fā)射天線發(fā)射至目標，經分束鏡反射的光入射至第一反射鏡，經第一反射鏡反射后的光入射至第二反射鏡，經第二反射鏡反射的光入射至1/2波片，經接收天線接收的回波激光入射至第二偏振片，經第二偏振片透射的光入射至第
二1/4波片，經第二 1/4波片透射的光和經1/2波片透射的光同時入射至APD，經APD轉換后輸出的電信號發(fā)送給放大器，經放大器放大后的電信號分別發(fā)送給脈沖壓縮模塊和FFT變換模塊。入射至分束鏡的光能量被透射和反射的比值為(9 100): I。所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法，它包括如下步驟:步驟一:所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的FFT變換模塊不工作，當脈沖壓縮模塊輸出含有目標的距離信息的電信號時，轉入步驟二；步驟二:所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的線性調頻器和脈沖壓縮模塊停止工作，F(xiàn)FT變換模塊開始工作，當FFT變換模塊輸出目標的速度信息以及微多普勒信息時，轉入步驟三；步驟三:所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的發(fā)射天線和接收天線停止工作，并將穩(wěn)頻激光器發(fā)射的激光送入本地繞行的光纖，所述光纖輸出的信號與第二反射鏡反射的本地激光利用APD混頻，當FFT變換模塊輸出本地平臺的振動情況的信號時，轉入步驟O步驟一中所述脈沖壓縮模塊輸出含有目標的距離信息的電信號的實現(xiàn)過程為:穩(wěn)頻激光器發(fā)射的激光入射至分束鏡，線性調頻器對經分束鏡透射的光進行線性調制，線性調頻器調制后的光依次經過第一偏振片、第一 1/4波片入射至發(fā)射天線，接收天線接收的回波信號依次經第二偏振片入射至第二 1/4波片，經第二 1/4波片透射的光與第二反射鏡反射的本地激光利用APD混頻，混頻后的電信號依次經放大器和脈沖壓縮模塊，脈沖壓縮模塊輸出含有目標的距離信息的電信號。步驟二中所述FFT變換模塊輸出目標的速度信息以及微多普勒信息的實現(xiàn)過程為:穩(wěn)頻激光器I發(fā)射的激光入射至分束鏡，分束鏡透射的光依次經過第一偏振片、第一 1/4波片入射至發(fā)射天線，接收天線接收的回波信號依次經第二偏振片入射至第二1/4波片，經第二 1/4波片透射的光與第二反射鏡反射的本地激光利用APD混頻，依次經放大器和FFT變換模塊，F(xiàn)FT變換模塊輸出目標的速度信息以及微多普勒信息。步驟三中所述FFT變換模塊輸出本地平臺的振動情況的信號的實現(xiàn)過程為:穩(wěn)頻激光器發(fā)射的激光送入本地繞行的光纖，所述本地繞行的光纖輸出的信號與第二反射鏡反射的本地激光利用APD混頻，依次經放大器和FFT變換模塊，F(xiàn)FT變換模塊輸出本地平臺的振動情況的信號。本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明實現(xiàn)了測距、測強度、測速、測量微多普勒和測本地震動多種功能。本發(fā)明的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達簡化了系統(tǒng)的結構，減少了現(xiàn)有系統(tǒng)對于本地信號的調制，脈沖壓縮的信號處理方式既可以提高系統(tǒng)的信噪比，又可以提高系統(tǒng)的最大作用距離，同時利用測距的間歇時間對目標的速度、微多普勒和本地震動進行測量，系統(tǒng)結構簡單。


圖1為本發(fā)明的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的光路原理示意圖。圖2為本發(fā)明的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法的流程示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達，它包括穩(wěn)頻激光器1、分束鏡2、線性調頻器3、第一偏振片4、第一 1/4波片5、發(fā)射天線6、接收天線7、第二偏振片8、第二 1/4波片10、第一反射鏡11、第二反射鏡12、1/2波片13、APD、放大器、脈沖壓縮模塊和FFT模塊；在穩(wěn)頻激光器I發(fā)射的激光的光軸上依次設置分束鏡2、線性調頻器3、第一偏振片4、第一 1/4波片5和發(fā)射天線6，經分束鏡2透射的光依次經過線性調頻器3、第一偏振片4、第一 1/4波片5入射至發(fā)射天線6，經發(fā)射天線6發(fā)射至目標，經分束鏡2反射的光入射至第一反射鏡11，經第一反射鏡11反射后的光入射至第二反射鏡12，經第二反射鏡12反射的光入射至1/2波片13，經接收天線7接收的回波激光入射至第二偏振片8，經第二偏振片8透射的光入射至第二 1/4波片10，經第二 1/4波片10透射的光和經1/2波片13透射的光同時入射至APD,經APD轉換后輸出的電信號發(fā)送給放大器，經放大器放大后的電信號分別發(fā)送給脈沖壓縮模塊和FFT變換模塊。本實施方式中的APD(雪崩光電二極管，Avalanche Photo Diode)是光探測器，用于將經第二 1/4波片10透射的光和經1/2波片13透射的光進行混頻。
具體實施方式
二:本實施方式是對具體實施方式
二所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的進一步限定，入射至分束鏡2的光能量被透射和反射的比值為(9 100): I。
具體實施方式
三:結合圖2說明本實施方式，本實施方式為對具體實施方式
一所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法，它包括如下步驟:步驟一:所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的FFT變換模塊不工作，當脈沖壓縮模塊輸出含有目標的距離信息的電信號時，轉入步驟二；步驟二:所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的線性調頻器3和脈沖壓縮模塊停止工作，F(xiàn)FT變換模塊開始工作，當FFT變換模塊輸出目標的速度信息以及微多普勒信息時，轉入步驟三；步驟三:所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的發(fā)射天線6和接收天線7停止工作，并將穩(wěn)頻激光器I發(fā)射的激光送入本地繞行的光纖，所述光纖輸出的信號與第二反射鏡12反射的本地激光利用APD混頻，當FFT變換模塊輸出本地平臺的振動情況的信號時，轉入步驟一。
具體實施方式
四:本實施方式是對具體實施方式
三所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法的進一步限定，步驟一中所述脈沖壓縮模塊輸出含有目標的距離信息的電信號的實現(xiàn)過程為:穩(wěn)頻激光器I發(fā)射的激光入射至分束鏡2，線性調頻器3對經分束鏡2透射的光進行線性調制，線性調頻器3調制后的光依次經過第一偏振片4、第一 1/4波片5入射至發(fā)射天線6，接收天線7接收的回波信號依次經第二偏振片8入射至第二 1/4波片10，經第二 1/4波片10透射的光與第二反射鏡12反射的本地激光利用APD混頻，混頻后的電信號依次經放大器和脈沖壓縮模塊，脈沖壓縮模塊輸出含有目標的距離信息的電信號。對脈沖壓縮模塊輸出的信號進行閾值比較就可獲得目標的距離信息，并且采用脈沖壓縮模塊能夠有效提高系統(tǒng)信噪比，從而增加系統(tǒng)的作用距離。
具體實施方式
五:本實施方式是對具體實施方式
三所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法的進一步限定，步驟二中所述FFT變換模塊輸出目標的速度信息以及微多普勒信息的實現(xiàn)過程為:穩(wěn)頻激光器I發(fā)射的激光入射至分束鏡2，分束鏡2透射的光依次經過第一偏振片4、第一 1/4波片5入射至發(fā)射天線6，接收天線7接收的回波信號依次經第二偏振片8入射至第二 1/4波片10，經第二 1/4波片10透射的光與第二反射鏡12反射的本地激光利用APD混頻，依次經放大器和FFT變換模塊，F(xiàn)FT變換模塊輸出目標的速度信息以及微多普勒信息。
具體實施方式
六:本實施方式是對具體實施方式
三所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法的進一步限定，
步驟三中所述FFT變換模塊輸出本地平臺的振動情況的信號的實現(xiàn)過程為:穩(wěn)頻激光器I發(fā)射的激光送入本地繞行的光纖，所述本地繞行的光纖輸出的信號與第二反射鏡12反射的本地激光利用APD混頻，依次經放大器和FFT變換模塊，F(xiàn)FT變換模塊輸出本地平臺的振動情況的信號。從而對測量到目標的微多普勒進行修正。本發(fā)明的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達采用對發(fā)射激光進行頻率線性變化的光頻調制的方式發(fā)射激光信號，目標回波激光與本地未調制的信號進行光學混頻，在APD光電探測器上得到一個帶有目標距離信息的線性調頻信號，可以將該信號送入聲表面延遲器進行脈沖壓縮，從而獲得一個代表目標距離信息的窄脈沖信號，對該脈沖信號的時間進行測量即可得出目標的距離信息，該信號的幅值代表著目標的反射率信息，從而實現(xiàn)對目標的距離和強度成像。
權利要求
1.外差脈沖壓縮式多功能激光雷達，其特征在于，它包括穩(wěn)頻激光器(I)、分束鏡(2)、線性調頻器(3)、第一偏振片(4)、第一 1/4波片(5)、發(fā)射天線(6)、接收天線(7)、第二偏振片(8)、第二 1/4波片(10)、第一反射鏡(11)、第二反射鏡(12)、1/2波片(13)、APD、放大器、脈沖壓縮模塊和FFT模塊； 在穩(wěn)頻激光器(I)發(fā)射的激光的光軸上依次設置分束鏡(2)、線性調頻器(3)、第一偏振片(4)、第一 1/4波片(5)和發(fā)射天線￠)，經分束鏡(2)透射的光依次經過線性調頻器(3)、第一偏振片(4)、第一 1/4波片(5)入射至發(fā)射天線￠)，經發(fā)射天線(6)發(fā)射至目標， 經分束鏡(2)反射的光入射至第一反射鏡(11)，經第一反射鏡(11)反射后的光入射至第二反射鏡(12)，經第二反射鏡(12)反射的光入射至1/2波片(13)， 經接收天線(7)接收的回波激光入射至第二偏振片(8)，經第二偏振片(8)透射的光入射至第二 1/4波片(10)，經第二 1/4波片(10)透射的光和經1/2波片(13)透射的光同時入射至APD，經APD轉換后輸出的電信號發(fā)送給放大器，經放大器放大后的電信號分別發(fā)送給脈沖壓縮模塊和FFT變換模塊。
2.根據權利要求1所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達，其特征在于，入射至分束鏡(2)的光能量被透射和反射的比值為(9 100): I。
3.基于權利要求1所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法，其特征在于，它包括如下步驟: 步驟一:所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的FFT變換模塊不工作，當脈沖壓縮模塊輸出含有目標的距離信息的電信號時，轉入步驟二 ； 步驟二:所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的線性調頻器(3)和脈沖壓縮模塊停止工作，F(xiàn)FT變換模塊開始工作，當FFT變換模塊輸出目標的速度信息以及微多普勒信息時，轉入步驟三； 步驟三:所述外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的發(fā)射天線(6)和接收天線(7)停止工作，并將穩(wěn)頻激光器(I)發(fā)射的激光送入本地繞行的光纖，所述光纖輸出的信號與第二反射鏡(12)反射的本地激光利用APD混頻，當FFT變換模塊輸出本地平臺的振動情況的信號時，轉入步驟一。
4.根據權利要求3所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法，其特征在于， 步驟一中所述脈沖壓縮模塊輸出含有目標的距離信息的電信號的實現(xiàn)過程為:穩(wěn)頻激光器(I)發(fā)射的激光入射至分束鏡(2)，線性調頻器(3)對經分束鏡(2)透射的光進行線性調制，線性調頻器(3)調制后的光依次經過第一偏振片(4)、第一 1/4波片(5)入射至發(fā)射天線出)，接收天線(7)接收的回波信號依次經第二偏振片(8)入射至第二 1/4波片(10)，經第二 1/4波片(10)透射的光與第二反射鏡(12)反射的本地激光利用AH)混頻，混頻后的電信號依次經放大器和脈沖壓縮模塊，脈沖壓縮模塊輸出含有目標的距離信息的電信號。
5.根據權利要求3所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法，其特征在于， 步驟二中所述FFT變換模塊輸出目標的速度信息以及微多普勒信息的實現(xiàn)過程為: 穩(wěn)頻激光器(I)發(fā)射的激光入射至分束鏡(2)，分束鏡(2)透射的光依次經過第一偏振片(4)、第一 1/4波片(5)入射至發(fā)射天線￠)，接收天線(7)接收的回波信號依次經第二偏振片(8)入射至第二 1/4波片(10)，經第二 1/4波片(10)透射的光與第二反射鏡(12)反射的本地激光利用APD混頻，依次經放大器和FFT變換模塊，F(xiàn)FT變換模塊輸出目標的速度信息以及微多普勒信息。
6.根據權利要求3所述的外差脈沖壓縮式多功能激光雷達的控制方法，其特征在于， 步驟三中所述FFT變換模塊輸出本地平臺的振動情況的信號的實現(xiàn)過程為: 穩(wěn)頻激光器(I)發(fā)射的激光送入本地繞行的光纖，所述本地繞行的光纖輸出的信號與第二反射鏡(12)反射的本地激光利用APD混頻，依次經放大器和FFT變換模塊，F(xiàn)FT變換模塊輸出本地平臺的振動 情況的信號。
全文摘要
外差脈沖壓縮式多功能激光雷達及其控制方法，涉及一種激光雷達，為了解決目前的激光雷達實現(xiàn)測距就不能測速和測量微多普勒，系統(tǒng)結構不夠兼容的問題。利用本發(fā)明的激光雷達，一將進行線性調頻的激光信號發(fā)向目標，目標回波激光與本地未調制的信號進行光學混頻，對混頻后的信號進行脈沖壓縮獲得含有目標距離信息的信號；二向目標發(fā)射未進行頻率線性變化的激光信號，目標回波激光與本地未調制的信號進行光學混頻，對混頻后的信號進行FFT變換獲得目標的速度信息以及微多普勒信息；三將激光送入本地繞行的光纖，光纖輸出的信號與本地激光進行混頻，對混頻后的信號進行FFT變換獲得本地平臺的振動情況的信號。它用于測量目標的多種信息。
文檔編號G01S7/48GK103116164SQ20131002971
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權日2013年1月25日
發(fā)明者張勇, 劉麗萍, 趙遠, 楊成華, 郭瑞, 徐路 申請人:哈爾濱工業(yè)大學