[发明专利]基于光注入半导体激光器的激光雷达测距测速装置

说明书

本发明公开了一种基于光注入半导体激光器的激光雷达测距测速装置。在信号产生单元，控制信号对主激光输出的光信号进行幅度调制，调制光信号输入到半导体激光器后生成单周期振荡光信号，通过高非线性光纤激发单周期振荡光信号的谐波光信号，通过光滤波器将谐波光信号滤出后传输至雷达测距测速单元；在测距测速单元，将所述谐波光信号分为两路，其中一路作为探测信号发射出去，并将接收的目标反射信号与另一路谐波光信号合束，对合束光信号进行光电转换、模数转换，得到携带目标信息的数字信号，最后对所述数字信号进行处理，得到目标探测信息。本发明具有大带宽、低损耗、雷达信号波形可灵活编码设计，结构简单等优点。

技术领域

本发明涉及一种激光雷达测距测速装置，尤其涉及一种基于光注入半导体激光器的激光雷达测距测速装置。

背景技术

激光雷达作为常见的目标探测系统，其基本原理是利用光信号进行目标探测并接收反射光信号进行信号处理分析，从而获取目标距离、速度、方位等信息。相比于传统的微波雷达系统，激光雷达得益于激光波段的优势，如波长短、方向性好、空间分辨率高、抗电磁干扰等，在自动驾驶、大气探测、遥感、三维成像等领域有广阔的应用前景。

激光雷达主要有脉冲激光雷达和连续波激光雷达。脉冲激光雷达一般通过分析时域脉冲飞行时间获得目标距离信息，无法进行多普勒测速，并且对系统器件性能要求较高。连续波激光雷达中，调频连续波激光雷达通过分析参考光信号和回波光信号的瞬时频率差获取目标探测信息，其具有测量精度高、信号处理难度低、可实时测速等优势。

调频连续波激光雷达的性能主要受限于扫频光信号的带宽、时宽和线性度等。雷达信号分析表明，发射信号需要同时具有大时宽和大带宽，才能同时满足高距离分辨力和高速度分辨力。按照激光雷达信号产生方式主要可分为激光内调制法和激光外调制法两类。内调制法通过线性调频电信号直接调制激光器输出扫频光信号，该类方法受限于激光器本身的非线性效应，其扫频速率受限，线性度差，影响雷达系统探测性能及分辨率；外调制法是采用线性调频电信号通过光电调制器对单频激光进行调制，产生扫频光信号，该类方法有效避免激光器的非线性失真，但是受限于调制器的调制带宽和调制信号的频率和带宽，难以实现大带宽的扫频信号的产生，因此仍然具有局限性。此外，以上方法局限于系统结构，所产生的雷达信号波形单一，应用场景受限，因此雷达信号波形的可设计和雷达系统的可重构也是现代激光雷达系统亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有激光雷达技术不足，提供一种基于光注入半导体激光器的激光雷达测距测速方装置。

本发明包括信号产生单元和测距测速单元；

所述信号产生单元包括：

光注入半导体激光器模块，用于激发半导体激光器的非线性动力学特性，产生单周期振荡光信号；

高非线性光纤，用于激发单周期振荡光信号的谐波信号；

光滤波器，用于将谐波信号滤出，输出雷达探测光信号至测距测速单元。

进一步说，所述的光注入半导体激光器模块包括主激光器、光环形器和从激光器；所述的主激光输出的光信号经过幅度调制后通过光环形器输入到从激光器，从激光器的激光腔受激发后基于非线性效应，产生单周期振荡光信号。

进一步说，所述的从激光器为分布式反馈半导体激光器。

进一步说，还包括光幅度控制模块，用于对主激光器产生的光信号进行可编程设计的幅度控制。

进一步说，所述测距测速单元包括：

光耦合器，用于将信号产生单元发送的雷达探测光信号分为两路，以及将参考光信号和回波信号合路；

测距测速模块，包括透镜和转台，用于对静态探测目标及动态探测目标进行测量；

光放大器，用于将回波信号的功率进行可调谐放大；