[发明专利]一种基于啁啾调幅和相干探测的激光雷达测速测距方法

说明书

技术领域

本发明属测量装置技术领域，特别是涉及一种基于啁啾调幅和相干探测的激光雷达测速测距方法。

背景技术

基于线性啁啾调幅和相干探测的激光雷达具有高灵敏度的特点。激光光源通过耦合器分为主振和本振信号两束；主振信号通过电光调制器按照线性啁啾信号进行强度调制；从目标返回系统的信号光和本振光相干后经探测器转化为电信号；通过后续的信号处理即可获取目标的距离或者多普勒频移等信息。

线性啁啾信号可用下式表示：

其中f₀，分别是线性啁啾信号的起始频率和初始相位，B是啁啾信号的带宽，T是啁啾信号的长度，啁啾调制速率系统回波信号可表示为：

其中A₁是回波信号的振幅；τ是目标导致的时延；w_s，f_d分别是主振信号的频率和系统的多普勒频移；是目标信号的相位。

本振信号可表示为：

A₀，w_c，分别是本振信号的振幅，光频率及相位。

探测器输出信号可表示为：

其中f_AOM是声光调制器的频移量；所以w_c＝w_s+2πf_AOM；是相位信号。该式依次经过啁啾解调(即与啁啾驱动信号m(t)相乘)、带通滤波、正交解调(即分别与相位相差90°的声光调制器驱动信号相乘)、低通滤波后得到I路和Q路信号如下两式所示：

其中，均为相位信号。通过(5)式和(6)式可看出I路和Q路两路信号中包含了系统多普勒频移f_d，目标距离τ的信息。

影响系统多普勒频移的因素包括：硬目标在目标与系统连线上有速度分量；大气风场的运动；系统平台自身的振动、姿态等多种原因，因此系统多普勒频移量可能抖动较大，即使多次累加也不能增强系统信噪比。实际应用时，系统可能需要不受系统多普勒频移干扰的目标距离信息(例如在机载测高系统中)，也可能同时需要目标距离及目标速度信息(例如在飞行器在着陆过程中)，或两者交替或者同时需要。在可查到的报导中，基于啁啾调幅的相干探测系统只能应用于硬目标的测距，或者在系统保持静态状况下测量运动硬目标的距离、速度信息。由于相干激光雷达系统要求激光器单频窄线宽(小于1MHz)，因此系统造价较高。如何在一套系统中满足多种应用需求成为当今研究热点之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于啁啾调幅和相干探测的激光雷达测速测距方法，能够同一套硬件系统中，根据应用需求选择不同的信号处理方法，既能获取不受多普勒频移干扰的目标距离信息，也能够从系统的最终频谱中同时提取目标距离信息和目标速度信息。