[发明专利]高精度测速测距激光雷达系统及测速测距方法

权利要求书

1、一种高精度测速测距激光雷达系统，包括激光器(1)和望远镜(6)，其特征是在所述的激光器(1)的输出光束的光轴上依次设有线性啁啾调制器(2)、伪随机码调制器(3)和第一耦合器(4)，该第一耦合器(4)的第一输出端与环形器(5)的第一端口相连，该环形器(5)的第二端口的输出方向是望远镜(6)，第一耦合器(4)的第二输出端经声光调制器(7)与相干探测和脉冲压缩装置(9)的第一输入端相连，所述的环形器(5)的第三端口接第二耦合器(8)的输入端，该第二耦合器(8)第一输出端与所述的相干探测和脉冲压缩装置(9)的第二输入端相连，该第二耦合器(8)的第二输出端经单光子探测器(10)和单光子计数器(11)后接具有信号采集、处理、控制、计算和显示功能的计算机(12)，所述的相干探测和脉冲压缩装置(9)的输出端接所述的计算机(12)，一任意波形发生器(14)的三个输出端分别连接所述的线性啁啾调制器(2)、伪随机码调制器(3)和计算机(12)，为所述的线性啁啾调制器(2)提供驱动信号，为所述的伪随机码调制器(3)和计算机(12)提供伪随机码，一声光调制器驱动器(13)为声光调制器(7)和所述的相干探测和脉冲压缩装置(9)提供声光调制器驱动信号。

2、根据权利要求1所述的高精度测速测距激光雷达系统，其特征在于所述的相干探测和脉冲压缩装置(9)由第三耦合器(91)、平衡探测器(92)、90°移相器(93)、第一乘法器(94)、第二乘法器(95)、第一低通滤波器(96)、第二低通滤波器(97)组成，所述的第三耦合器(91)为3dB光耦合器，具有两输入端，两输出端，两输入端分别为本相干探测和脉冲压缩装置(9)的第一输入端和第二输入端，所述的两输出端接所述平衡探测器(92)的两输入端，该平衡探测器(92)输出的电信号和所述的声光调制器驱动器(13)的驱动信号在所述第一乘法器(94)中混合，所述第一乘法器(94)的输出信号经过所述第一低通滤波器(96)后得到信号I；所述的声光调制器驱动器(13)的驱动信号经所述90°移相器(93)移相90°后，与所述平衡探测器(92)输出的电信号在第二乘法器(95)中混合，所述第二乘法器(95)的输出信号经过所述第二低通滤波器(97)后得到信号Q，信号I和信号Q的频谱峰值表达式为f₀＝kt-f_d，其中：k为线性啁啾调制速率，单位为赫兹每秒，f_d为多普勒频率。

3、根据权利要求1所述的高精度测速测距激光雷达系统，其特征在于所述的激光器(1)为单纵模光纤激光器。

4、根据权利要求1所述的高精度测速测距激光雷达系统，其特征在于所述的线性啁啾调制器(2)为铌酸锂强度调制器。

5、根据权利要求1所述的高精度测速测距激光雷达系统，其特征在于所述的所述伪随机码调制器(3)为高速电光调制器。

6、根据权利要求1所述的高精度测速测距激光雷达系统，其特征在于所述的第一耦合器(4)为1∶99的光耦合器，其中1％的光用作本振光；99％的光通过望远镜(6)发射。

7、根据权利要求1所述的高精度测速测距激光雷达系统，其特征在于所述的第二耦合器(8)为20∶80光耦合器，其中20％的光用于相干探测和脉冲压缩；80％的光用于相关运算。

8、根据权利要求1所述的高精度测速测距激光雷达系统，其特征在于所述的所述望远镜(6)是发射和接收共光轴的望远镜系统。

9、一种利用权利要求1或2所述的高精度测速测距激光雷达系统进行测速测距的方法，其特征在于包括下列步骤：

①激光器(1)输出激光依次经过线性啁啾调制器(2)和伪随机码调制器(3)调制后被第一光耦合器(4)分为两部分：大部分激光由第一光耦合器(4)的第一输出端经所述的环形器(5)第一端口进入所述的环形器(5)并经该环形器(5)的第二端口输出由所述的望远镜(6)发射，小部分激光经过所述的声光调制器(7)移频后作为本振光；

②所述的望远镜(6)接收目标回波信号光，由所述的环形器(5)第三端口进入所述的环形器(5)并经该环形器(5)的第三端口进入第二耦合器(8)，第二耦合器(8)将回波信号光一分为二：第二耦合器(8)的第二输出端输出大部分信号经单光子探测器(10)和单光子计数器(11)后进入计算机(12)，在计算机(12)中与任意波形发生器(14)提供的原始伪随机码做相关运算，相关运算峰值对应的时刻t与目标所处距离L的对应关系为L=ct2,]]>其中c为光速；

③第二耦合器(8)的第一输出端输出小部分信号用于和本振光在相干探测和脉冲压缩装置(9)中做相干探测和脉冲压缩，形成信号I和信号Q；

④所述计算机(12)对信号I和信号Q分别进行采集并做傅立叶变换后合为一路信号，该信号的峰值频率为f＝2(kt-f_d)，其中k为线性啁啾调制速率，单位为赫兹每秒。f_d为多普勒频率，多普勒频率和平行于飞行器和目标连线的目标速度v之间的对应关系为fd=2vλ,]]>λ为激光器的输出波长；

⑤所述的计算机(12)综合上述第②和第④步的结果，得到目标速度：

v=λ(2kt-f)4.]]>