[实用新型]一种基于强度编码的合成孔径激光雷达系统

说明书

技术领域

本专利涉及合成孔径激光雷达领域，特别地，涉及一种基于强度编码调制信号的合成孔径激光雷达系统。 

背景技术

当前激光雷达系统按回波的探测方式可分为直接探测激光雷达与相干探测激光雷达。直接探测结构简单，应用最为广泛，这种系统是通过测量发射和接收光信号的时间延迟(Δt)来计算距离c是光速，但是要得到高分辨率必须使用超短脉冲、高速采样，以及灵敏度非常高的雪崩光电二极管作为探测器，对器件要求比较高，受噪声影响较大。相干探测利用连续的本振光信号与回波在探测器上混频，探测灵敏度高，且可得出回波频率与相位变化，探测距离相较直接探测明显增加，在大型相干激光雷达以及激光多普勒雷达中得到应用。 

由激光雷达理论可知，功率受限时，所探测的距离越远，要求脉冲时宽越大；而要实现的距离分辨率越高，则需要的带宽越大，简单脉冲的时宽带宽乘积接近于l，时宽与带宽相互制约，不能同时增大。故对这种恒定波长的简单激光脉冲，最大作用距离与距离分辨率不可能同时兼顾。最好的解决办法就是，采用具有大时宽带宽积的复杂信号形式作为发射信号。 

信号理论早就指出，大时宽与带宽积的发射信号，必须使用复杂的调制波形。常用的有三种形式：线性调频、非线性调频和相位编码调制。由于线性调 频信号(LFM信号，即啁啾信号)易于产生、便于处理、对多普勒频移不敏感等特性，早期的实验室演示系统均采用该调制方式。但宽带调频速率低而致重复频率不高，宽带调频线性度差，对于距离分辨率要求较高的机载平台等高速运动平台无法使用该方式，限制了合成孔径激光雷达的应用；非线性调频激光的信号源处理较为复杂，很少有研究；随机码相位调制激光雷达可以实现快速的信号调制，但是调制机构复杂，对相位的调制需要精确控制，工程实现上受到诸多限制。 

基于以上，目前限制机载合成孔径激光雷达工程化的最大障碍在于，无法在极短时间内(亚毫秒)调制得到大时宽带宽积雷达信号。 

发明内容 

本专利的目的是提供一种基于强度编码的合成孔径激光雷达，实现极短调制时间(亚毫秒)的大时宽带宽积雷达信号。 

本专利了提供一种新的快速调制方式，满足机载等快速运动平台，实现距离向与方位向的高分辨率成像，调制设备简单易用，利于实现。本专利提出的强度编码调制方式采用N阶随机码，码元宽度为T，码元个数为L，通过光电强度调制器调制到发射脉冲光中。受益于现有光电调制器的调制速度非常快(铌酸锂强度调制器调制速度可达40Gb/s，这是微波领域不具备的)，在保证高重复频率的前提下可以得到很高的带宽。以下对本专利优势进行详细推导。 

合成孔径激光雷达实际中选取λ＝1550nm波长的连续激光作为光源，发射信号频率记为ω₀，则激光出射信号可表示为： 

s(t)＝E_s exp(-j(ω₀t))                  (1) 

E_s表示信号幅度，简单起见，设为相同。 

信号经过斩波，得到宽度为T*L的脉冲信号，重复频率f_r按照方位向多普 勒频率f_d的2倍以上进行设置， 

fd=2Vλsin(θ)---(2)]]>

其中V为载机在方位向的运动速度，θ为载机当前位置与目标位置的夹角。 

编码码元信号表示为A(t)，则有