[发明专利]双频FMCW雷达和方法

说明书

一种雷达，包括：具有第一调频激光辐射和第二调频激光辐射的激光器；耦合到激光器的第一波导，其中第一调频激光辐射和第二调频激光辐射通过所述激光器被传输到第一波导中；第二波导；耦合在第一波导与第二波导之间的滤波器，其中该滤波器被配置为对第一调频激光辐射进行耦合并将其通过滤波器传送到第二波导，并且被配置为不对第二调频激光辐射进行耦合或不将其通过滤波器传送到第二波导；以及耦合到第二波导的光电探测器。

相关申请的交叉引用

本申请涉及并且要求2017年1月24日提交的美国临时专利申请62/450,047和2017年5月31日提交的U.S.S.N.15/609,788的优先权的权益，其内容通过引用如同全部阐述并入在此。

技术领域

本公开涉及光检测与测距(LIDAR)，也称为雷达。

背景技术

调频连续波(FMCW)雷达允许远端测量对象的距离和速度。为了进行这些测量，必须从0Hz移位通过将接收到的信号与参考信号进行混合而产生的差拍信号。通常，电子或光电调制器用于这种移位。这些调制器生成两个频率边带并且不允许限定多普勒频移的符号，这是速度的清楚测量所必须的。如果需要速度测量则仅能使用直接移频器。当前，已知只有声光调制器(AOM)用于该目的。使用AOM的主要缺点是复杂性增加并且仅有少量可用频移，如下面通过引用并入在此的参考文献[1]所描述。而且，AOM可能不适合集成到一些应用中。

在过去十年，半导体激光器的进展已经导致能够直接用于集成光学电路的小尺寸高功率激光器的发展。另外，这些激光器的线性扫频能够简单地通过其电流的直接调制来实现。

各种频率调制模式能够用于雷达应用。最常见的频率调制模式是线性啁啾调制和三角频率调制。然而，只有作为上下扫描频率的三角频率调制，通过计算与调制的正负斜坡对应的频率之间的差值，来允许辨别多普勒频移。这是如果需要测量对象的速度则通常使用三角调制的原因，如下面通过引用并入在此的参考文献[2]和[3]所描述。三角频率调制的主要缺点在于，其需要使用调制器将拍频从0Hz进行移位，并且在与对象距离短和/或其速度高的情况下，距离和多普勒速度的测量是错误的，如下面通过引用并入在此的参考文献[3]中所提到的。调制器使测量中的噪声增加，并且后一情况能够导致关于距离和多普勒速度的模糊。

光电同相/正交(I/Q)调制器已经用于消除声光移频器，如参考文献[1]所描述。使用光电同相/正交(I/Q)调制器的主要缺点在于，针对发射和接收波束需要的非常复杂的光电子元件，这大大增加了测量中的噪声。

参考文献

以下参考文献通过引用如同全部阐述并入在此。

[1]S.Gao,R.Hui,Frequency-modulated continuous-wave lidar using I/Qmodulator for simplified heterodyne detection(用于简化外差检测的使用I/Q调制器的调频连续波雷达)Opt.Lett.(光学快报),第37卷,第11号,第2022页(2012年),

[2]C.J.Krlsson,F.A.Olssonf,Linearization of the frequency sweep ofa frequency-modulated continuous-wave semiconductor laser radar and theresulting ranging performance(频率调制连续波半导体激光雷达的频率扫描的线性化和由此产生的测距性能)AppI.Opt.(应用光学),第38卷,第15号,第3376页(1999年),