偏振分集双通道测速及测距相干激光雷达测量方法及装置.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CN110780310A(43)申请公布日2020.02.11(21)申请号201911410110.4(22)申请日2019.12.31(71)申请人杭州爱莱达科技有限公司地址310053浙江省杭州市滨江区浦沿街道火炬大道581号B座701室(72)发明人职亚楠孙建锋潘卫清田克汉戴恩文(74)专利代理机构杭州万合知识产权代理事务所(特殊普通合伙)33294代理人丁海华(51)Int.Cl.G01S17/32(2020.01)G01S17/58(2006.01)权利要求书7页说明书16页附图3页(54)发明名称偏振分集双通道测速及测距相干激光雷达测量方法及装置(57)摘要本发明公开了一种偏振分集双通道测速及测距相干激光雷达测量方法及装置，本发明的激光光源输出光束经第一偏振分束器分为正交偏振的测速光束和测距光束；所述测速光束采用正交解调相干零差多普勒激光测速；测距光束采用伪随机码高速相位调制激光测距；本发明通过偏振分集，实现对远距离目标速度和距离的高精度同步测量。本发明不仅可以对目标同步测速测距，具有非常优秀的测速、测距精准性，而且整体系统小型化，运行容易，具有良好的发展前景。CN110780310ACN110780310A权利要求书1/7页1.偏振分集双通道测速及测距相干激光雷达测量方法，其特征在于：激光光源输出光束后经第一偏振分束器分为正交偏振态的测速光束和测距光束；将测速光束经第一保偏分束器分为相同偏振的测速本振光束和测速发射光束，测速发射光束发射至目标后的回波光束经第三偏振分束器得到相同偏振的回波测速光束，测速本振光束和回波测速光束进入第一光学桥接器进行正交相干接收，获得具有正交特性的同相信号和正交信号，再将同相信号和正交信号进行傅里叶变换，获取多普勒频谱，然后互谱处理后取其虚部，再利用重心法提取多普勒频谱中峰值的位置和正负，通过分析多普勒峰值的位置和正负，获得目标径向速度的大小和方向；将测距光束经第二保偏分束器分为相同偏振的测距本振光束和测距发射光束，测距发射光束通过波形发生器产生的伪随机码信号进行相位调制，然后发射至目标后的回波光束经第三偏振分束器得到相同偏振的回波测距光束，测距本振光束和回波测距光束进入第二光学桥接器进行相干接收，得到相干接收信号；波形发生器产生的伪随机码信号与相干接收信号通过数据采集器同步接收，同步接收的两路信号在主控计算机中通过相关处理，获得目标的距离信息；所述的第二保偏分束器连接有移频器，移频器与第二光学桥接器相连，所述的移频器经射频驱动器与主控计算机相连；所述的主控计算机利用获得的多普勒频谱峰值的位置和正负，得到激光雷达和目标相对运动产生的多普勒频移，再根据多普勒频移的信息驱动移频器对测距本振光束的移频量进行调节，消除激光雷达与目标之间相对运动产生的多普勒频移的影响，从而提高测距精度。2.根据权利要求1所述的偏振分集双通道测速及测距相干激光雷达测量方法，其特征在于：所述测速本振光束和回波测速光束进入第一光学桥接器进行正交相干接收，光场表示为：；其中是目标距离，是激光载频，是目标速度引起的多普勒频移，是光速，是回波测速光束的噪声位相，是测速本振光束的噪声位相；；是时间；是回波测速光束振幅；是测速本振光束振幅；经过第一光学桥接器混频后的四路输出分别为：2CN110780310A权利要求书2/7页，其中是混频噪声位相；是和回波测速光束有关的直流量；是和测速本振光束有关的直流量；具有正交特性的同相信号和正交信号被低速光电平衡探测器接收，同相信号和正交信号输出分别为：；其中是同相信号的光电平衡探测器响应率，是正交信号的光电平衡探测器响应率，和分别是同相信号和正交信号的噪声位相。3.根据权利要求2所述的偏振分集双通道测速及测距相干激光雷达测量方法，其特征在于：所述同相信号和正交信号输出经模数转换后进入主控计算机，将同相信号和正交信号分别进行快速傅里叶变换，同相信号傅里叶变换表示为：；正交信号傅里叶变换表示为：3CN110780310A权利要求书3/7页；经过傅里叶变换后，频谱信息里面仅包含目标多普勒信息；两通道进行互谱处理：；最后仅取虚部得到；多普勒频移与目标运动的速度成正比，表示为其中，是目标径向速度，是光源发射波长；通过分析多普勒频谱峰值的位置和正负，最终得到目标径向速度的大小和方向,实现目标的测速。4.根据权利要求1-3任一项所述的偏振分集双通道测速及测距相干激光雷达测量方法，其特征在于：所述伪随机码信号为:；其中，为伪随机码信号的伪随机码序列码元宽度，为码元序号，为码元总数，为伪随机数，取值为0或1；伪随机码信号的主要特性为其自相关函数：；伪随机码的自相关函数是一个尖锐的脉冲序列，脉冲宽度越小，波形越尖锐；伪随机码信号的互