[发明专利]调频连续波激光雷达调频非线性响应系数测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及调频连续波激光雷达测量技术，尤其涉及一种调频连续波激光雷达调频非线性响应系数测量方法和装置。

背景技术：

由于受到窄线宽激光器技术和线性调频技术的制约，最早采用调频连续波技术的雷达并非激光雷达而是微波雷达，但调频连续波微波雷达受到探测精度等因素的制约，因此，随着激光调制技术和窄线宽激光器技术的发展，调频连续波激光雷达在空间飞行任务对距离和速度测量中得到广泛应用。

调频连续波激光雷达通过向目标发射线性调制的激光信号，接收目标反射回的回波信号，发射信号和回波信号混频后输出差频信号，通过计算差频信号频率推算出目标的距离和速度信息。在实际中由于受到环境以及器件本身响应的影响，由激光器发出的调制信号光并不是理想的线性调频信号，使得发射信号和回波信号混频后的差频信号不再是单一的频率，差频信号的提取会出现误差从而导致了系统测距和测速精度降低。因此线性调频连续波激光雷达的测距测速精度取决于调频信号的线性度。

发明内容：

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种调频连续波激光雷达调频非线性响应系数测量方法，能够校正调频连续波激光雷达测距系统的调频非线性从而能够获得被测目标的高精度距离信息和速度信息。

本发明所要解决的次要技术问题是提供一种实现上述调频连续波激光雷达调频非线性响应系数测量方法的装置。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种调频连续波激光雷达调频非线性响应系数测量方法，包括以下步骤：

1）信号发生器产生锯齿波信号作为调制信号加载到驱动电路中，所述驱动电路通过恒流源驱动模块和所述信号发生器输入的调制信号产生调制电流驱动半导体激光器处于调频工作状态；取锯齿波上升时间段的中心点为时间轴的原点(t=0)，该时间点处对应于激光调频输出的中心工作频率f₀，则激光输出的调频频率表达式为：

f(t)=f₀+kt+αt²+βt³+γt⁴    ①

其中，k为线性调频的斜率，B为调制深度，T为锯齿波调制周期；α为二阶调频非线性系数，β为三阶调频非线性系数，γ为四阶调频非线性系数；锯齿波上升沿阶的时间段对应于①式中-T/2<t<T/2这个取值范围。

2）所述半导体激光器发出的调频激光输入到第一耦合器中，所述第一耦合器将所述调制激光分为两部分，一部分作为发射信号由所述第一耦合器的第一输出端口输出到环形器的第一输入端口；另一部分作为本振光信号由所述第一耦合器的第二输出端口输出到第二耦合器的第一输入端口；

所述本振光信号的频率为：

f₁(t)=f₀+kt+αt²+βt³+γt⁴    ②

3）所述环形器的第一输出端口将所述发射信号传输到发射天线中；所述发射天线向被测物体所在空间发射所述发射信号，被测物体接收到所述发射信号后将会反射一部分光回信号到所述接收天线，所述回光信号传入到所述环形器的第二输入端口，并由所述环形器的第二输出端口输入到所述第二耦合器的第二输入端口；

所述回光信号的频率为：

f₂(t)=f₀+k(t-τ)+α(t-τ)²+β(t-τ)³+γ(t-τ)⁴    ③

其中τ为延迟时间，R为被测物体与雷达间的距离，c为光波在空间传输的速度

4）所述第二耦合器将接收到的本振光信号和所述回光信号耦合成差频信号，并将所述差频信号通过所述第二耦合器的输出端输入到光电探测器中；

由②式减去③式，可得差频信号的频率表达式为：

f_b=(kτ-ατ²+βτ³-γτ⁴)+(2ατ-3βτ²+4γτ³)t+(3βτ-6γτ²)t²+4γτt³    ④

5）所述光电探测器将接收到的所述差频信号进行光电转换将光信号转为模拟电信号，并将所述模拟电信号输入到信号处理电路中进行放大、滤波、A/D转换和FPGA数据采集，将采集到的数据输入到计算机中进行处理；