[发明专利]一种调频连续波激光雷达系统及激光雷达扫描方法

说明书

本申请实施例公开一种调频连续波激光雷达系统及激光雷达扫描方法,涉及测量技术领域，为改善飞行时间带来的回波信号与接收器件之间耦合性降低的问题而发明。调频连续波激光雷达系统，包括：调频装置对激光器发出的激光进行频率调制；干涉装置将经过频率调制的激光，分为本振光和信号光，其中的信号光由光波导出射后，经所述楔形镜扫描装置中的至少两个楔形镜先后扫描射出，干涉装置将经过目标反射后的信号光与所述本振光进行干涉产生拍频信号；信号接收及处理装置，将所述拍频信号转换为电信号，对转换后的电信号进行处理，获得所述拍频信号中的频率成分，根据所述频率成分计算测量结果。本申请实施例可适用于中长距离的测量。

技术领域

本申请涉及测量技术领域，尤其涉及一种调频连续波激光雷达系统及激光雷达扫描方法。

背景技术

调频连续波激光雷达（Frequency Modulation Continuous Wave Lidar, FMCWLidar）本质是外差干涉测量，原理是将激光器线性调频，并将激光一分为二，一路为本振光，一路为信号光，信号光准直出射并经目标反射进入接收系统，与本振光进行干涉产生拍频信号，信号中携带了飞行时间产生的频率调谐量以及相对运动产生的多普勒频移，测量拍频频率从而计算距离和速度信息。

目前FMCW激光雷达系统中的扫描机构，主要是基于振镜、棱镜等反射方式进行扫描。这种扫描方式进行中长距测量时，容易造成飞行时间带来的回波信号与接收器件之间耦合性降低的问题，从而影响成像质量。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种调频连续波激光雷达系统及激光雷达扫描方法，便于改善飞行时间带来的回波信号与接收器件之间耦合性降低的问题。

为达到上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种调频连续波激光雷达系统，包括：激光器、调频装置、干涉装置、楔形镜扫描装置和信号接收及处理装置；所述调频装置，用于对激光器发出的激光进行频率调制；所述干涉装置，用于将经过频率调制的激光，分为本振光和信号光，其中的信号光由光波导出射后，经所述楔形镜扫描装置中的至少两个楔形镜先后扫描射出，其中，所述干涉装置还用于将经过目标反射后的信号光与所述本振光进行干涉产生拍频信号；所述信号接收及处理装置，用于将所述拍频信号转换为电信号，对转换后的电信号进行处理，获得所述拍频信号中的频率成分，根据所述频率成分计算测量结果。

根据本申请实施例一具体实现方式，所述激光器为窄线宽激光器；所述调频装置包括：直接数字频率合成器和双路马赫增德尔干涉调制器；所述直接数字频率合成器，用于产生两个正交的射频信号，驱动双路马赫增德尔干涉调制器；所述双路马赫增德尔干涉调制器，用于根据所述射频信号的驱动，对所述激光器发出的激光进行线性调频。

根据本申请实施例一具体实现方式，所述干涉装置包括：分路器、偏振控制器、环形器和光波导；所述分路器，将所述经过频率调制的激光分为第一路激光和第二路激光；所述第一路激光经过所述偏振控制器后成为本振光；所述第二路激光为信号光，所述信号光经过所述环形器后经过所述光波导出射；经过目标反射后的信号光，耦合到所述光波导，经过所述环形器后与所述本振光混频后得到拍频信号。

根据本申请实施例一具体实现方式，所述激光雷达系统还包括分光器，所述分光器用于将所述经过频率调制的激光分成N路激光；所述光波导为由N束光纤并排组成的光纤阵列；所述述分路器，将所述分光器分光后形成的N路激光，分为所述第一路激光和所述第二路激光；所述第二路激光有N路，经过所述光纤阵列出射；其中，所述N为≥2的自然数。

根据本申请实施例一具体实现方式，所述楔形镜扫描装置，包括：准直透镜、第一楔形镜和第二楔形镜；所述准直透镜，将由所述干涉装置射出的信号光进行准直，准直后的信号光经由所述第一楔形镜和第二楔形镜扫描射出；经过目标反射后的信号光，经过所述第二楔形镜和第一楔形镜后，通过所述准直透镜耦合到所述光波导。