激光测距方法、激光测距系统及其激光雷达系统.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CN113917474A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111331242.5(22)申请日2021.11.11(71)申请人中国科学院长春光学精密机械与物理研究所地址130033吉林省长春市经济技术开发区东南湖大路3888号(72)发明人王玉冰张明时秦莉宋俊峰王立军(74)专利代理机构长春中科长光知识产权代理事务所(普通合伙)22218代理人高一明(51)Int.Cl.G01S17/26(2020.01)G01S17/88(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图4页(54)发明名称激光测距方法、激光测距系统及其激光雷达系统(57)摘要本发明提供一种激光测距系统、激光雷达系统及其测距方法，激光测距方法为：将激光光束经相位调制后成为具有预设相位的激光光束，并将调制后的激光光束进行分束，一部分作为本振光束，另一部分作为探测光束，探测光束入射至待测距目标后被反射成为回波光束；将本振光束和回波光束进行混频，获取混频光信号；将混频光信号进行光电转换，获取模拟电信号；对模拟电信号进行分析，获得待测距目标的距离。本发明提供了一种新的激光测距系统、激光雷达系统及其测距方法，利用相干检测的原理提高信噪比，在功率低的情况下测量较远距离、提高分辨率；同时调相简单，调相技术容易实现。CN113917474ACN113917474A权利要求书1/2页1.一种激光测距方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将激光光束经相位调制后成为具有预设相位的激光光束，并将调制后的激光光束进行分束，一部分作为本振光束，另一部分作为探测光束，所述探测光束入射至待测距目标后被反射成为回波光束；S2、将所述本振光束和所述回波光束进行混频，获取混频光信号；S3、将所述混频光信号进行光电转换，获取模拟电信号；S4、对所述模拟电信号进行分析，获得所述待测距目标的距离。2.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述预设相位表示为公式(1)和公式(2)：其中，表示预设相位，a，b分别表示不相等的常数，t表示时间，x表示整数，T表示周期。3.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：S401、根据公式(3)‑(6)对所述模拟电信号进行分析，获取飞行时间，公式(3)‑(6)如下所示：I＝IT+IR+ATARcos[ωPhτ+a‑b]，(0+xT≤t<τ+xT)(3)其中，I表示所述混频光信号的光强，IT表示所述本振光束的光强，IR表示所述回波光束的光强，AT表示所述本振光束的振幅，AR表示所述回波光束的振幅，ωPh表示所述本振光束的光频，τ表示所述飞行时间，所述飞行时间为所述探测光束和所述回波光束的时间间隔；S402、将所述飞行时间τ代入公式(7)，获取所述待测距目标的距离，公式(7)如下所示：其中，s表示所述待测距目标的距离。4.一种激光测距系统，其特征在于，包括：激光器、相位调制器、信号发生器、分束单元、耦合器、光电探测器、数据采集分析单元；其中，所述激光器用于发出激光光束；所述相位调制器用于对所述激光光束进行相位调制；所述信号发生器用于控制所述相位调制器产生相位调制信号和输出预设相位；所述分束单元用于将所述激光光束分成本振光束和探测光束，所述本振光束入射至所述耦合器，所述探测光束入射至待测距目标后被反射成为回波光束，所述回波光束入射至所述耦合器；所述耦合器用于将所述本振光束和所述回波光束进行混频；所述光电探测器用于将光信号转2CN113917474A权利要求书2/2页换为模拟电信号；所述数据采集分析单元用于对所述模拟电信号进行采集与分析，获得所述激光测距系统与所述待测距目标之间的距离。5.根据权利要求4所述的激光测距系统，其特征在于，还包括用于将所述激光器发出的所述激光光束功率进行放大的光纤放大器。6.根据权利要求4所述的激光测距系统，其特征在于，还包括用于将所述探测光束和所述回波光束进行准直的准直器。7.根据权利要求6所述的激光测距系统，其特征在于，所述分束单元包括分束器和环形器；所述相位调制器输出的所述激光光束入射至所述分束器被分为所述本振光束和所述探测光束，所述本振光束入射至所述耦合器，所述探测光束入射至所述环形器，所述环形器出射的所述探测光束经所述准直器准直后入射至所述待测距目标，经所述待测距目标反射后形成所述回波光束入射至所述准直器准直后入射至所述耦合器与所述本振光束进行混频。8.根据权利要求4所述的激光测距系统，其特征在于，还包括用于扫描的振镜，所述分束单元分出的所述探测光束入射至所述振镜，经振镜出射的探测光束入射至所述待测距目标，经所述待测距目标反射后形成所述回波光束入射至所述振镜后入射至所述耦合器。9.一种激光雷达系