[发明专利]使用可调谐载波抑制单边带调制的相干激光雷达系统

说明书

我们公开了一种激光雷达系统，其包括基于调制器的探测光发生器和相干光接收器。探测光发生器使用可调谐载波抑制单边带调制来为指向目标的光探测束生成频率啁啾光脉冲。相干光接收器使用零差检测方案，其中光探测束的拆分部分用作光本振信号，用于检测由目标反射的对应光束。由接收器生成的所得到的电RF信号可以例如使用所公开的信号处理方法来处理，以确定到目标的距离和目标的速度中的一个或两者。

技术领域

本公开涉及遥感，并且更具体地但非排他地，涉及使用可调谐载波抑制单边带调制和相干光学检测的光检测和测距。

背景技术

本章节介绍可能有助于促进对本公开的更好理解的各方面。因此，本章节的陈述将鉴于此来阅读，并且将不被理解为关于什么在现有技术中或什么不在现有技术中的承认。

光检测和测距，作为激光雷达而已知，是一种遥感技术，其可以用来测量各种参数，诸如距离、速度和振动，并且还用于高分辨率成像。与射频(RF)遥感相比，激光雷达能够提供更精细的距离分辨率和更高的空间分辨率，这归因于使用更高的载波频率和在焦点处产生更小焦斑尺寸的能力。激光雷达系统被使用在城市规划、水力和水文建模、地质学、林业、渔业和野生动物管理、制图、三维(3D)成像、工程学、沿海管理、大气科学、气象学、导航、自动驾驶等中。

发明内容

本文所公开的是激光雷达系统的各种实施例，该激光雷达系统包括基于调制器的探测光发生器和相干光接收器。探测光发生器使用可调谐载波抑制单边带调制来为指向目标的光探测束生成频率啁啾光脉冲。相干光接收器使用零差检测方案，其中光探测束的拆分部分用作光本振信号，用于检测由目标反射的对应光束。由接收器生成的所得到的电RF信号可以例如使用所公开的信号处理方法来处理，以确定到目标的距离和目标的速度中的一个或两者。

根据示例实施例，提供了一种装置，该装置包括：波形发生器，可操作为生成一个或多个电驱动信号；光调制器，可操作为响应于由波形发生器生成的一个或多个电驱动信号，将具有固定载波频率的光束转换成频率啁啾光脉冲序列；一个或多个光学元件，被配置为将携带序列的第一副本的光探测束指向目标，并且从目标接收对应的反射光束；以及光接收器，被配置为响应于所述对应的反射光束由一个或多个光学元件应用到光接收器，确定到目标的距离和目标的速度中的一个或多个。波形发生器被配置为以如下的方式生成一个或多个电驱动信号，该方式使得序列的频率啁啾光脉冲中的每个频率啁啾光脉冲具有从第一频率扫描到第二频率的载波频率，第一和第二频率中的一个频率小于固定载波频率，并且第一和第二频率中的另一个频率大于固定载波频率。

根据另一示例实施例，提供了一种遥感方法，该方法包括以下步骤：使用波形发生器来生成一个或多个电驱动信号；通过将一个或多个电驱动信号应用到光调制器，将具有固定载波频率的光束转换成频率啁啾光脉冲序列；将携带序列的第一副本的光探测束指向目标；从目标接收对应的反射光束；以及响应于对应的反射光束由光接收器检测到，确定到目标的距离和目标的速度中的一个或多个；并且其中生成的步骤包括以如下的方式生成一个或多个电驱动信号，该方式使得序列的频率啁啾光脉冲中的每个频率啁啾光脉冲具有从第一频率扫描到第二频率的载波频率，第一和第二频率中的一个频率小于固定载波频率，并且第一和第二频率中的另一个频率大于固定载波频率。

附图说明

通过示例的方式，从以下详细描述和附图来看，各种所公开的实施例的其他方面、特征和益处将变得更彻底地明显，在附图中：

图1示出了根据实施例的相干激光雷达系统的框图；

图2A-图2E图形地图示了根据实施例的可以在图1的相干激光雷达系统中使用的光探测信号的示例特性；

图3图形地图示了根据实施例的可以在图1的相干激光雷达系统中使用的电驱动信号；以及

图4示出了根据实施例的可以在图1的相干激光雷达系统中使用的信号处理方法的流程图。

具体实施方式