[发明专利]混沌激光雷达汽车防撞系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种雷达汽车防撞系统及方法，具体地说，是一种用混沌激光雷达系统实现汽车防撞的系统及方法。

技术背景

现有的车载激光雷达系统中的激光雷达测距技术主要是脉冲激光雷达测距技术和连续光调制测距技术。

脉冲激光雷达测距技术是利用测距仪向目标发出一个激光脉冲，该脉冲由探测目标反射回到测距仪的光传感器元件上，通过计时器记录下脉冲光的往返时间t，从而获得目标的距离。如：哈尔滨工业大学提出了一种一维扫描激光雷达汽车防撞系统(CN1847881A)以及清华大学提出了一种车载扫描式激光雷达探测系统及其探测前方危险物的方法(CN1546344A)，都是采用脉冲激光雷达测距技术进行目标测量。激光发射部件发射脉冲激光，通过扫描天线发射并对目标进行扫描探测，同时计时器开始计数，激光接收部件用于对回射光脉冲进行接收，然后根据计数器显示的脉冲激光的往返时间计算目标的距离。脉冲激光测距的缺点是测距精度较差，典型值为几米，同时存在测量盲区，即最小测量距离，通常为几十米。

连续波相位式激光测距技术是通过测量调制激光往返过后产生的相位变化来间接测量往返时间，从而获得目标的距离的一种方法。Fujima I，Seta k，Matsumoto H and O’ishi T1988“GHz traveling-wave optical modulator for precision distance measurement”，Proc.SPIE vol 889介绍了一种利用连续激光相位信息测距的方法，通过测量高频调制相位差实现测距。连续波相位式测距的测量精度较高，通常为几毫米，但其测量距离较短，通常为几十米。

上述现有的激光汽车防撞雷达系统还存在相同雷达系统之间的相互干扰问题。当车辆自身周围存在其它同种车载雷达系统时，无法区分接收到的信号是自身车辆雷达系统发出的信号还是其它车载雷达系统发出的信号，容易产生混淆而导致虚警。为了解决相互干扰问题，一种方法是对激光汽车雷达系统进行编码，如美国专利US5724124。但是，编码设备增加了汽车防撞雷达系统的技术难度和维修成本，不符合汽车防撞雷达系统造价低，体积小的要求。另一种方法是用伪随机码发生器产生的伪随机码对连续波激光雷达的激光信号进行调制。受随机码长和调制速率的限制，随机码调制的随机信号雷达距离分辨率低，不能完全解决虚警问题。

混沌信号具有不可预测的类噪声特点，因此具有天然的抗干扰能力，无需调制，不受码长的限制，从而在雷达系统及汽车防撞系统应用方面更具有优越性。由于受电子器件带宽的限制，现在的混沌信号发生器所得到的微波混沌信号带宽小，测量精度低，且成本高。S.Osofsky，A.M.Young，C.P.Silva，A chaotic radar demonstration system，Workshop onTransmission of Chaotic Signals，Univeri sty of Bristol，August，2006，UK.报道了一种混沌雷达的原理性样机，其中的混沌信号由“Yong-Silva”混沌电路产生，产生的混沌信号带宽仅200MHz。

申请人已授权的“光纤激光器混沌激光测距方法及装置”(CN100362366C)介绍了一种用于距离测量的装置和方法，该装置是用光纤激光器产生的混沌激光作为激光雷达的探测信号，用于目标距离测量；该方法是相关测距法测量目标的距离。该专利的优点是测量精度高，抗干扰能力强；存在的缺点是该装置只能用于静态目标测量，且得不到目标物的方位信息。发明人对该专利进行了进一步的分析和研究，并实验证实了半导体激光器在外界的扰动下(如光反馈与光注入)同样会输出不同状态激光的现象(如：混沌、低频起伏、相干塌陷等)。与光纤激光器产生混沌信号相比，用光反馈半导体激光器产生混沌激光，结构更简单，性能更稳定。本发明在前专利的基础上，对前专利提出的装置和方法进行了改进与延伸，用光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为激光雷达载波信号；通过相关处理芯片，能实时进行距离与速度测量；通过光束扫描，能实现较宽范围内的测量，得到目标的方位信息，更重要的是将该装置与方法应用于汽车防撞系统，提出了一种混沌激光雷达汽车防撞系统及其方法。

发明内容

本发明要解决的问题是现有汽车防撞雷达系统的相互干扰问题。其中主要是随机码调制随机信号雷达系统受随机码长和调制速率的限制而距离分辨率低的问题；采用编码设备的激光雷达系统编码设备成本高的问题；微波混沌信号雷达系统的混沌信号受现有电子器件的限制，产生宽带混沌信号困难的问题。