一种可调频连续波激光雷达探测方法和系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114152951A(43)申请公布日2022.03.08(21)申请号202111204242.9(22)申请日2021.10.15(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人蓝金辉袁建强王陆旸高江江王磊李非凡(74)专利代理机构北京市炜衡律师事务所11375代理人王加莹(51)Int.Cl.G01S17/08(2006.01)G01S17/58(2006.01)G01S7/481(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图6页(54)发明名称一种可调频连续波激光雷达探测方法和系统(57)摘要本申请公开了一种可调频连续波激光雷达探测方法，包括以下步骤：用对称三角波信号对激光器输出的连续光波进行线性频率调制，生成调频连续波探测光；通过光学结构周期性地改变所述调频连续波探测光的方向，对空间视场角区域进行扫描；对频率扫描周期和角度扫描周期进行协同控制，进行角度扫描的同时进行频率扫描，使每一个完成角度扫描的时间周期内，完成一次或多次频率扫描；对所述调频连续波探测光的采样和来自空间视场角区域内各探测目标点的反射光采样进行干涉，产生拍频信号；对所述拍频信号进行解算处理，生成三维扫描图像。本申请还包含实现所述方法的装置。本申请解决的可调频连续波激光雷达线性稳定性差、存在计算延时的问题。CN114152951ACN114152951A权利要求书1/2页1.一种可调频连续波激光雷达探测方法，其特征在于，包括以下步骤：用对称三角波信号对激光器输出的连续光波进行线性频率调制，生成调频连续波探测光；通过光学结构周期性地改变所述调频连续波探测光的方向，对空间视场角区域进行扫描；对所述调频连续波探测光的频率扫描周期和角度扫描周期进行协同控制，进行角度扫描的同时进行频率扫描，使每一个完成角度扫描的时间周期内，完成一次或多次频率扫描；对所述调频连续波探测光的采样和来自空间视场角区域内各探测目标点的反射光采样进行干涉，产生拍频信号；对所述拍频信号进行解算处理，生成三维扫描图像。2.如权利要求1所述的一种可调频连续波激光雷达探测方法，其特征在于，采用预失真技术对三角波信号进行校正，达到开环控制下的光频线性输出。3.如权利要求1所述的一种可调频连续波激光雷达探测方法，其特征在于，使用正棱柱体的线扫棱镜，实现信号光对设定视场角的扫描。4.如权利要求1所述的一种可调频连续波激光雷达探测方法，其特征在于，使用中心波长不同的2个调频连续波探测光信号，同时对空间视场角区域进行扫描，实现角度扫描；所述2个调频连续波探测光信号的变频方向相反。5.如权利要求3所述的可调频连续波激光雷达探测方法，其特征在于，所述线扫棱镜满足设定的扫描视场角；在设定的光电探测器灵敏度条件下，调整外接圆半径直至探测目标点的距离和/或速度的系统误差低于设定阈值。6.一种可调频连续波激光雷达探测系统，用于实现权利要求1～5任意一项所述方法，其特征在于，包括控制与信号处理系统、调制信号发生系统、光学干涉系统和线扫伺服驱动系统；所述调频信号发生系统，用于使用对称三角波对光频进行调制，产生调频连续波探测光；所述光学干涉系统，使用法布里‑珀罗干涉结构，探测光采样和反射光采样发生干涉，由探测器接收拍频信号；所述线扫伺服驱动系统，用于通过伺服电机控制棱镜旋转实现设定视场角的扫描；所述控制与信号处理系统，产生激光调制信号控制参数、伺服电机控制参数和解算拍频信号。7.如权利要求6所述可调频连续波激光雷达探测系统，其特征在于，所述调制信号发生系统包含激光器、信号发生器；所述信号发生器采用直接数字频率合成技术，产生对称三角波信号，对激光器的光频进行调制，产生调频连续波探测光。8.如权利要求6所述可调频连续波激光雷达探测系统，其特征在于，所述线扫伺服驱动系统包含线扫棱镜和伺服电机；所述线扫棱镜采用正棱柱体结构，由伺服电机控制做定速旋转，进而实现设定视场角的扫描。9.如权利要求6所述可调频连续波激光雷达探测系统，其特征在于，所述光学干涉系统包含光纤环形器、光纤准直器、半透半反镜、光电探测器和滤波放大2CN114152951A权利要求书2/2页器；光纤环行器分别连接激光器、光纤准直器和光电探测器；光纤准直器输出光通过空间耦合至半透半反镜；二维线扫棱镜安装在半透半反镜之后，与伺服电机连接；光电探测器的输出信号经滤波放大器进入控制与信号处理系统。10.如权利要求6所述可调频连续波激光雷达探测系统，其特征在于，使用波分复用耦合器将两个激光器和探测器耦合，其中，两个激光器具有不同的中心波长；一个激光器发射上行段扫描频率，另一个激光器发射下行段扫描频率；两个激光器的扫描速率相同或不同。3CN114152951A说明书1/8页