一种三波束全光纤相干调频连续波激光雷达.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103048662A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN103048662A(43)申请公布日2013.04.17(21)申请号201210551462.3(22)申请日2012.12.18(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人林志立欧攀范哲李茳孙鸣捷张春熹(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人李有浩(51)Int.Cl.G01S17/02(2006.01)权利要求书权利要求书5页5页说明书说明书1616页页附图附图33页(54)发明名称一种三波束全光纤相干调频连续波激光雷达(57)摘要本发明公开了一种三波束全光纤相干调频连续波激光雷达，该激光雷达的发射和接收部分采用全光纤光路，利用光纤作为激光的传输和接收光路，可以使光源和探测器远离恶劣的外界探测环境，并且具有结构简单、质量轻等优点；利用三波束对目标进行照射，能够同时解调出三维速度和距离信息，解决摇摆带来的动态误差。该激光雷达经光源出射的光束被第一耦合器分成两种光束传输，后经第二耦合器与环形器分成X轴、Y轴和Z轴的光束传输，致使照射到目标后的光束具有空间坐标系下的三轴光束特性。本发明设计的激光雷达为相干探测方式，其采用三角波调频连续波体制，可以同时探测距离和速度信息，避免了脉冲体制的距离速度分辨率相互制约的问题，实现了无盲区高精度测量。本发明可在不因激光器存在差异而引入频率误差的情况下，同时测量三维速度和距离，得出探测器姿态，且降低动态误差2～3个数量级。CN1034862ACN103048662A权利要求书1/5页1.一种三波束全光纤相干调频连续波激光雷达，所述激光雷达包括有发射部分、接收部分和信号处理及控制部分（14），其特征在于：所述发射部分包括有窄线宽激光器（1）、第一光纤耦合器（2）、隔离器（3）、泵浦源（4）、波分复用器（5）、掺铒光纤（6）、第二光纤耦合器（81）、第一环形器（91）、第二环形器（92）、第三环形器（93）、第一波片（101）、第二波片（102）、第三波片（103）、第一准直器（111）、第二准直器（112）和第三准直器（113）；其光信息传输为：窄线宽激光器（1）用于输出三角波频率调制的窄线宽激光I1给第一光纤耦合器（2）；第一光纤耦合器（2）将接收到的窄线宽激光I1按照功率进行分光，分为第一发射信号光IA2和第一本振光IB2；第一发射信号光IA2输出给隔离器（3）；第一本振光IB2输出给波片（7）。隔离器（3）第一方面将接收到的第一发射信号光IA2传输给波分复用器（5），经隔离器（3）后的第一发射信号光IA2记为第二发射信号光G3；第二方面滤除从波分复用器（5）回传的第二自发辐射光g5。泵浦源（4）用于输出泵浦光I4，所述泵浦光I4的波长为974nm。波分复用器（5）第一方面将接收到的泵浦光I4和第二发射信号光G3进行耦合，使两束光在同一光纤当中径向传输，得到混合光G5输出给掺铒光纤（6）；第二方面将回传的第一自发辐射光g6传输给隔离器（3），经波分复用器（5）后的第一自发辐射光g6记为第二自发辐射光g5。掺铒光纤（6）第一方面用于将接收到的混合光G5进行受激放大，得到第三发射信号光G6输出给第二光纤耦合器（81），第二方面混合光G5在掺铒光纤（6）中会因为自发辐射而产生反向传输的第一自发辐射光g6，该第一自发辐射光g6输出给波分复用器（5）中。第二光纤耦合器（81）将接收到第三发射信号光G6按照功率进行分光，分为X轴发射信号光XG81，Y轴发射信号光YG81和Z轴发射信号光ZG81；X轴发射信号光XG81输出给第一环形器（91），Y轴发射信号光YG81输出给第二环形器（92），Z轴发射信号光ZG81输出给第三环形器（93）。所述X轴发射信号光XG81占有第三发射信号光G6的功率的所述Y轴发射信号光YG81占有第三发射信号光G6的功率的所述Z轴发射信号光ZG81占有第三发射信号光G6的功率的第一环形器（91）第一方面将接收到的X轴发射信号光XG81进行X轴方向的定向，成为X轴定向光束XG91，该X轴定向光束XG91被传输给第一波片（101）；第二方面将接收到的X轴第三返回信号光xg91进行X轴方向的定向，成为X轴第四返回信号光XI91，该X轴第四返回信号光XI91被传输给第四光纤耦合器（121）。第二环形器（92）第一方面将接收到的Y轴发射信号光YG81进行Y轴方向的定向，成为2CN103048662A权利要求书2/5页Y轴定向光束YG92，该Y轴定向光束YG92被传输给第二波片（102）；第二方面将接收到的Y轴第三返回信号光yg92进行Y轴方向的定向，成为Y轴第四返回信号光XI92，该Y轴第四返回信号光XI92被传输给第五光纤