[发明专利]一种频率复用固态激光雷达探测方法及系统

说明书

本发明公开了一种频率复用固态激光雷达探测方法，首先将包含N个梳齿的光频梳信号送入扫频移频器得到扫频光频梳信号并分为两路，一路作为参考光信号，另一路基于波长色散技术实现激光波束的空间扫描，得到的接收光信号与参考光信号合为一路待检测光信号；待检测光信号经解波分复用后得到N个仅包含单个子梳齿的待检测子光信号群；将N个待检测子光信号完成光电转换及信号采集后，基于信号处理算法即可得到目标二维空间分布信息。本发明还公开了一种频率复用固态激光雷达探测系统，通过扫频光频梳与光波长色散技术，单个信号周期即可同时实现目标角度、距离及速度信息的高精度测量。

技术领域

本发明涉及一种固态激光雷达探测方法，尤其涉及一种基于频率复用及波长（频率）色散技术的固态激光雷达探测方法及系统。

背景技术

激光雷达广泛应用于自动驾驶、智能机器人、三维传感等领域。为了获取探测场景/目标的三维/二维空间分布信息，目前激光雷达系统多采用机械扫描方式实现激光波束的空间二维/一维扫描，并基于脉冲时间到达技术获取目标距离信息(参见[J. Liu, Q.Sun, Z. Fan, Y. Jia,, TOF Lidar Development in Autonomous Vehicle, IEEE 3rd Optoelectronics Global Conference, 2018.])。但由于机械部件结构复杂、易磨损、稳定性及寿命受限，导致基于机械扫描方式的方案其在高精度、高稳定、长寿命应用受限。与此同时，硅光相控阵、液晶波导、光晶体波导等固态波束控制技术的方案也在快速发展，这些技术采用电控实现激光波束的快速扫描，与机械扫描相比具有更好的稳定性及鲁棒性(参见[C. Poulton, A. Yaacobi, D. Cole, etc, Coherent solid-state LIDAR withsilicon photonic optical phased arrays, Optics Letters, vol. 42, no. 20, pp.4091-4094, 2017.])，然而相关技术综合性能及系统成熟度目前有限。但固态波束控制技术因其潜在的优势特性，仍吸引着广大科研工作者推动其向实用化方向发展，特别是将固态波束控制技术及调频连续波外差法两个优势技术结合起来，将有可能推动高性能激光雷达的进一步发展。论文 (参见[M. Okano, C. Chong, Swept Source Lidar:simultaneous FMCW ranging and nonmechanical beam steering with a widebandswept source, Optics Express, vol. 28, no. 16, pp. 23898-23915, 2020.]) 提出了一种基于垂直腔体激光器(VCSEL)宽带扫频源的激光雷达方案，通过将宽带连续扫频源分段并利用波长色散机理实现目标距离、角度二维信息的同时获取，系统结构简单，效率高。但因为基于VCSEL的扫频源存在非线性且相干长度有限，导致该方案需要较复杂的非线性校正电路及非线性校正算法补偿非线性，此外，探测距离也受到一定限制。而论文(参见[J. Riemensberger, A. Lukashchuk, etc, Massively parallel coherent laserranging using a soliton microcomb, Nature, vol. 581, pp. 164-171, 2020.])提出了一种频率复用并行激光雷达探测方案，其同样利用波长色散机理实现目标信息获取，在单个探测周期即可并行实现二维距离、角度信息获取，具有较高的探测速率。但由于生成扫频频梳的微谐振腔孤子生成机理，导致各子带信号参数有差异，系统需要额外的校正链路；且信号参数受限于微谐振腔，难以灵活调节以适应各种探测场景。

发明内容