[发明专利]一种测量物体运动速度的连续调频激光雷达装置

说明书

本发明公开了一种测量物体运动速度的连续调频激光雷达装置，包括可调谐激光器、固定激光器、光子晶体光纤、光纤光栅、方向判别系统、测量干涉系统、辅助干涉系统、同步数据采集系统、数据处理系统；通过气体吸收池对不同频率的光吸收程度不同，可判断可调谐激光器的扫描方向，再结合第一测量拍频信号的频谱可判断出速度的运动方向；利用两个重采样后的测量拍频信号相乘并低通滤波获取与速度相关的频率项，通过快速傅里叶变换获得频率项信息，进一步解算出物体速度大小。本发明解决了连续调频雷达的距离与速度耦合的问题，且使用的硬件成本较低、算法也较为简便，同时本装置也可完成测距功能，扩展了连续调频雷达的功能和应用范围。

技术领域

本发明涉及连续调频激光雷达测量领域，特别涉及一种测量物体运动速度的连续调频激光雷达装置。

背景技术

调频连续波雷达具有高距离分辨力、低发射功率、高接收灵敏度、结构简单等优点，且其最大的优点是可对漫反射物体进行测量，这是迈克尔逊干涉仪等无法做到的，调频连续波雷达的测距原理是通过提取频率信息，来解算距离信息，这一步可以通过基于FFT的处理器完成，且对于工业场景中的测距和测速来说，依赖频率测量比依赖相位测量更为简便，因为工业场景中的测量环境往往不能达到很高的要求，这对依赖于相位测量的影响是非常大的。

然而，连续调频雷达采用的是线性调频信号，根据雷达信号模糊函数理论，它必然存在距离与速度的耦合问题，这不仅导致系统的实际分辨力下降，而且会引起运动目标测距和测速误差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种测量物体运动速度的连续调频激光雷达装置。本发明利用较低成本的器件和较为简便的算法完成运动目标(包括漫反射物体)的测速，同时能判断物体的速度方向。

本发明所采用的技术方案是：一种测量物体运动速度的连续调频激光雷达装置，包括抑制振动效应的调频连续波激光测距装置，所述抑制振动效应的调频连续波激光测距装置的可调谐激光器的输出端连接有第一分束器，所述可调谐激光器的输出经过所述第一分束器分为G路和H路，所述H路和所述抑制振动效应的调频连续波激光测距装置的固定激光器的输出端并列连接至所述抑制振动效应的调频连续波激光测距装置的第一耦合器，所述G路进入方向判别系统，所述方向判别系统的输出端连接至所述抑制振动效应的调频连续波激光测距装置的同步数据采集系统的输入端；

所述方向判别系统产生吸收峰信号，用于与所述抑制振动效应的调频连续波激光测距装置的测量干涉系统结合，共同判断物体速度方向；

所述同步数据采集系统用于对所述抑制振动效应的调频连续波激光测距装置产生的测量拍频信号、辅助拍频信号以及所述方向判别系统产生的吸收峰信号进行同步采样。

进一步的，所述方向判别系统包括与所述第一分束器输出端相连接的气体吸收池和与所述气体吸收池输出端相连接的第一光电探测器，所述第一光电探测器的输出端连接至所述抑制振动效应的调频连续波激光测距装置的同步数据采集系统；

所述气体吸收池对不同频率的光吸收程度不同，从而根据气体吸收池的吸收峰的趋势走向，判断所述可调谐激光器的频率扫描方向，进一步根据所述抑制振动效应的调频连续波激光测距装置的测量干涉系统产生的测量拍频信号中的第一测量拍频信号的频谱相对于物体静止时发生的频率偏移方向来判断物体速度方向；

所述第一光电探测器用于探测气体吸收池对所述可调谐激光器输出的调频连续波的吸收峰曲线，并形成吸收峰信号。

进一步的，所述可调谐激光器与所述固定激光器输出的光频率的分离满足相干长度条件。