[发明专利]基于频移干涉的激光雷达测距测速装置

说明书

本发明公开了基于频移干涉的激光雷达测距测速装置，包括连续波激光器、光纤环形器、频移干涉仪、收发单元、平衡探测器、数据采集单元和数字信号处理单元；频移干涉仪由第一光纤耦合器、频移器和第二光纤耦合器组成；连续波激光器发出的连续光依次经光纤环形器、频移干涉仪、收发单元发射出去；目标反射的反射光依次经收发单元、频移干涉仪于第一光纤耦合器处汇合；平衡探测器用来对反射光进行差分探测，获得频移干涉差分信号；数字信号处理单元根据频移干涉差分信号进行测距测速。本发明无需线性调频激光器，故消除了光源的非线性调频影响；而且本发明可实现高精度的测距测速，在无人驾驶、车载激光雷达测距测速领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及激光雷达测距测速技术领域，特别涉及基于频移干涉的激光雷达测距测速装置。

背景技术

调频连续波(FMCW)激光雷达技术因具有测距测速精度高、测量范围大、极高的距离和速度分辨率、抗干扰能力强等优点，已被广泛应用于无人驾驶、大气测量、远距离成像等领域。但是FMCW激光雷达技术依然面临着激光器的调频非线性、微光探测、色散补偿、偏振衰落等技术难题，其中，线性调频激光器是制约其发展的主要瓶颈。

针对激光器调频的非线性问题，学者们提出了许多解决方法，主要包括重采样技术^[1-2]、外调制技术^[3-4]、激光外调制与注入锁定相结合技术^[5]等方法。尽管上述方法均在一定程度上改善了激光器调频的非线性问题，但仍存在一定的局限性。比如重采样技术增加了采样点数，而导致无法实时获得目标的距离与速度信息；直接调制技术占据的资源空间大并恶化激光器线宽，外调制技术需要额外的滤波器来获取单频调谐光；激光外调制与注入锁定相结合技术需要主从式注入锁定，而使系统的成本与复杂度增加。总之，调频的非线性问题依然是一个未有效解决的难题。

文中涉及如下参考文献：

[1]X.S.Zhang,J.Pouls,M.Wu.Laser frequency sweep linearization byiterative learning pre-distortion for FMCW LiDAR[J].Optics Express.27(7):9965-9974,2019.

[2]包为政,张福民,曲兴华.基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法[J].激光技术.44(1):1-6,2020.

[3]黄锦熙,巩少斌,陈一帆,潘汉球,白云峰.一种调频连续波激光测距非线性校正装置及方法.中国.202010448228.2[P].2020.

[4]董永康,朱宗达.一种基于可调频连续波的激光雷达系统及其成像方法.发明专利.中国.202010059300.2[P].2020.

[5]张洪英,田晓宁,雷艳阳,朱宗达,董永康.同时测距和测速的注入锁定调频连续波激光雷达.光学学报.40(15):1528001,2020.

发明内容

针对现有激光器调频存在的非线性问题，本发明提供了基于频移干涉的激光雷达测距测速装置，本发明无需使用线性调频激光器，可消除激光器非线性调频的影响。

本发明提供的基于频移干涉的激光雷达测距测速装置，包括连续波激光器1、光纤环形器2、频移干涉仪3、收发单元7、平衡探测器9、数据采集单元10和数字信号处理单元11；频移干涉仪3由第一光纤耦合器4、不对称插入的频移器5和第二光纤耦合器6组成；光纤环形器2的三个端口分别与连续波激光器1、第一光纤耦合器4、平衡探测器9连接；第一光纤耦合器4还连接平衡探测器9、第二光纤耦合器6和频移器5；第二光纤耦合器6还连接频移器5和收发单元7；平衡探测器9、数据采集单元10、数字信号处理单元11顺次相连；