本發(fā)明涉及雷達(dá)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光雷達(dá)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)由于其方向性好、時(shí)間分辨率和空間分辨率高、精度高、非接觸測量等優(yōu)勢，在導(dǎo)航、航天、氣象要素測量與大氣環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。

激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)，主要由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)和信息處理系統(tǒng)等組成。通過向目標(biāo)發(fā)射探測信號(激光束)，然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號進(jìn)行相應(yīng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行探測、跟蹤和識別。

雙頻相干激光雷達(dá)是一種通過相干拍頻檢測雙波長多普勒頻移的差異反演被測目標(biāo)速度的雷達(dá)體制，需提取信息從多普勒頻移轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗥绽疹l移差值，抑制了由散斑噪聲造成的多普勒頻移譜線展寬，極大降低了大氣湍流引起的散斑噪聲對測速分辨率的影響，并將信號處理環(huán)節(jié)從光路部分轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)成熟的電路部分。可實(shí)現(xiàn)近距離或遠(yuǎn)距離精確測速，在遠(yuǎn)程或便攜式探測，大氣遙感等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛能。但雙頻相干激光雷達(dá)難以實(shí)現(xiàn)同時(shí)測距測速。另一方面，傳統(tǒng)激光雷達(dá)應(yīng)用線性調(diào)頻技術(shù)后距離分辨力極高，在近距離精密探測、三維距離成像和太空艙自主安全軟著陸中有重要應(yīng)用，但非線性調(diào)頻和大氣湍流效應(yīng)嚴(yán)重影響了其系統(tǒng)實(shí)際測距分辨率和測速分辨率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種激光雷達(dá)系統(tǒng)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對被測目標(biāo)測距測速、并極大降低非線性掃頻和大氣湍流效應(yīng)對測速分辨 率的影響，距離分辨力和速度分辨力高，抗電磁干擾且無距離盲區(qū)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種激光雷達(dá)系統(tǒng)，包括：

光源模塊、調(diào)制光模塊、發(fā)射接收模塊、探測模塊以及信號處理模塊；

其中，所述光源模塊用于出射預(yù)設(shè)波長的雙波長激光光束；

所述調(diào)制光模塊用于對所述雙波長激光光束進(jìn)行線性調(diào)制，以出射雙頻線性調(diào)頻連續(xù)波激光光束；

所述發(fā)射接收模塊用于將所述雙頻線性調(diào)頻連續(xù)波激光光束分為第一激光光束以及第二激光光束，所述第一激光光束入射至探測目標(biāo)，所述第二激光光束作為本振光光束；并接收所述探測目標(biāo)后向散射回波信號；

所述探測模塊用于對所述本振光光束與所述回波信號進(jìn)行光學(xué)拍頻，以獲得多普勒頻移信息，同時(shí)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；

所述信號處理模塊用于對所述電信號進(jìn)行微波拍頻，以獲得多普勒頻移差值信息。

可選地，所述調(diào)制光模塊包括：

調(diào)制器以及信號發(fā)生器；

其中，所述調(diào)制器用于對所述雙波長激光光束進(jìn)行線性調(diào)頻；所述信號發(fā)生器與所述調(diào)制器相連，用于為所述調(diào)制器提供調(diào)制信號。

可選地，所述調(diào)制光模塊還包括：

濾波器，所述濾波器與所述調(diào)制器相連，用于對所述雙頻線性連續(xù)波激光光束中的背景噪聲進(jìn)行濾除。

可選地，所述調(diào)制光模塊還包括：

激光放大器，所述激光放大器與所述濾波器相連，用于將過濾后的雙頻線性連續(xù)波激光光束的能量進(jìn)行放大。

可選地，所述發(fā)射接收模塊包括：

第一分束器、第二分束器、光學(xué)收發(fā)裝置以及環(huán)形器；

其中，所述第一分束器與所述激光放大器相連，用于將所述雙頻 線性連續(xù)波激光光束分為所述第一激光光束以及所述第二激光光束；

所述環(huán)形器分別與所述光學(xué)收發(fā)裝置、所述第一分束器以及所述第二分束器相連，用于將所述第一激光光束入射至所述光學(xué)收發(fā)裝置，將所述第二激光光束入射至所述第二分束器；并將所述回波信號入射到所述第二分束器；

所述光學(xué)收發(fā)裝置用于將所述第一激光光束入射至所述探測目標(biāo)上，并接收與所述探測目標(biāo)相互作用后散射的回波信號并將其入射至所述環(huán)形器；

所述第二分束器用于將所述回波信號與所述第二激光光束入射至所述探測模塊。

可選地，所述探測模塊包括：

平衡探測器，所述平衡探測器與所述第二分束器相連，用于對所述第二激光光束與所述回波信號進(jìn)行光學(xué)拍頻，以獲得雙頻多普勒頻移信號。

可選地，所述信號處理模塊包括：

采集卡以及數(shù)據(jù)處理裝置；

所述采集卡與所述平衡探測器相連，用于采集信號；

所述數(shù)據(jù)處理裝置與所述采集卡相連，用于對所述電信號進(jìn)行微波拍頻，以獲得雙頻多普勒頻移差值信號，以此反演目標(biāo)的距離與速度信息。

可選地，所述發(fā)射接收模塊還包括：

衰減器，分別與所述第一分束器與所述第二分束器相連，用于對所述第二激光光束進(jìn)行衰減，經(jīng)衰減后的光束作為所述本振光光束。

可選地，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括：

DSP數(shù)據(jù)處理單元以及計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種激光雷達(dá)系統(tǒng)，包括光源模塊、調(diào)制光模塊、發(fā)射接收模塊、探測模塊以及信號處理模塊；通過對雙波長激光光束經(jīng)調(diào)制光模塊進(jìn)行線性調(diào)制轉(zhuǎn)化為雙頻線性調(diào)頻連續(xù)波激光光束；將其中一束光作為本振光光束，另一束光用于與探測目標(biāo)相互作 用并經(jīng)探測目標(biāo)散射回波信號；通過對本振光光束與回波信號進(jìn)行相干拍頻以獲得雙波長多普勒頻移差值信息。

本申請技術(shù)方案采用雙波長線性調(diào)頻激光，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理部分相比現(xiàn)有技術(shù)較為簡單；由于大氣湍流對兩個(gè)調(diào)頻光束影響相同，故降低了因探測目標(biāo)不平整和大氣湍流效應(yīng)引起的散斑噪聲的影響；由于采用線性連續(xù)波作為相干光束，故其距離分辨力高、距離無盲區(qū)；此外，可實(shí)現(xiàn)對探測目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行測距測速。在光學(xué)拍頻的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行微波拍頻以獲得多普勒頻移差值信息，由于任何同時(shí)作用在兩個(gè)頻率不同的線性調(diào)頻信號的相位上的誤差項(xiàng)，都不會影響微波拍頻所得的差頻信號的相位，故解決了掃頻非線性問題；由于差頻信號的頻率相比日常生活中常用的中頻信號的頻率要低的多，故一定程度上可抗電磁干擾。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的激光雷達(dá)系統(tǒng)在一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一個(gè)示例性應(yīng)用場景的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中激光雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中 的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本申請的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于區(qū)別不同的對象，而不是用于描述特定的順序。此外術(shù)語“包括”和“具有”以及他們?nèi)魏巫冃?，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可包括沒有列出的步驟或單元。

請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具體實(shí)施方式下的激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

激光雷達(dá)系統(tǒng)可包括光源模塊1、調(diào)制光模塊2、發(fā)射接收模塊3探測模塊4以及信號處理模塊5。

光源模塊1用于出射預(yù)設(shè)波長的雙波長激光光束，兩束激光光束的中心頻率不同，波長的值可根據(jù)用戶或?qū)嶒?yàn)人員的需求進(jìn)行選擇，本發(fā)明對此不做任何限定。光源模塊可為一臺雙頻激光源，也可為兩臺激光源發(fā)射兩束不同波長的激光。

在一種具體的實(shí)施方式中，激光源可為雙頻激光器、鎖模激光器或種子注入半導(dǎo)體激光器。

調(diào)制光模塊2用于對雙波長激光進(jìn)行線性調(diào)制，以出射雙頻線性連續(xù)波激光光束?？刹捎妙l率調(diào)制，也可為相位調(diào)制，當(dāng)對其進(jìn)行的是頻率調(diào)制時(shí)，出射的即為出射雙頻線性調(diào)頻連續(xù)波激光光束。由于通過在時(shí)間上對兩個(gè)中心頻率不同的光束進(jìn)行頻率調(diào)制，對于后續(xù)操作處理比對相位調(diào)制較為簡單，故優(yōu)選的，可選擇對兩束光的頻率進(jìn)行線性調(diào)制。由于線性連續(xù)波對于探測目標(biāo)而言，具有探測無盲區(qū)、距離分辨力高等優(yōu)勢，故選擇雙頻線性連續(xù)波激光光束作為相干光束對探測目標(biāo)進(jìn)行探測。

具體的，調(diào)制光模塊2可包括調(diào)制器21以及信號發(fā)生器22。調(diào)制器21與激光器相連，用于對雙波長激光進(jìn)行線性調(diào)制，EOM調(diào)制器有良好的特性，故可選EOM調(diào)制器對雙波長激光進(jìn)行線性調(diào)制， 當(dāng)然，也可為其他任何一種類型的調(diào)制器。信號發(fā)生器22與調(diào)制器21相連用于為調(diào)制器21提供調(diào)制信號，信號發(fā)生器22可為三角波信號發(fā)生器或鋸齒波信號發(fā)生器，當(dāng)然，也可選擇其他信號的發(fā)生器，例如方波信號發(fā)生器。

可選的，在本實(shí)施例的一些實(shí)施方式中，調(diào)制光模塊2例如還可以包括：

濾波器23，濾波器23與調(diào)制器21相連，用于對雙頻線性連續(xù)波激光光束中的背景噪聲進(jìn)行濾除。由于在激光器發(fā)射激光光束時(shí)難免會摻有非預(yù)設(shè)波長的激光光束的雜光、在激光光束傳輸過程或在進(jìn)行調(diào)制時(shí)，系統(tǒng)也不可避免的會混有其他與有用信號無關(guān)的一切干擾，故需要進(jìn)行濾除，以獲得較為純凈的相干光束，有利于提高探測精度。

濾波器23可選用高通濾波器、低通濾波器、數(shù)字濾波器或光柵，具體采用哪一種類型，相關(guān)技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需求做選擇，本發(fā)明并對此不做任何限定。

在本實(shí)施例的另一些實(shí)施方式中，還可包括：

激光放大器24，激光放大器可與濾波器23相連，用于將過濾后的雙頻線性連續(xù)波激光光束的能量進(jìn)行放大。由于某些場合激光光束受限(例如受非線性效應(yīng)如受激布里淵散射)的影響，激光光束的功率(能量)較小(較低)，對后續(xù)操作不利，很有可能會影響探測精度，故需要增加激光放大器對相干光束的功率進(jìn)行放大。有利于提高激光雷達(dá)的時(shí)間分辨率、空間分辨率和探測距離，也有利于提高探測精度。

需要說明的是，如果系統(tǒng)中沒有濾波器23，激光放大器24可直接與調(diào)制器21相連。

發(fā)射接收模塊3用于將雙頻線性連續(xù)波激光光束分為第一激光光束以及第二激光光束，第一激光光束入射至探測目標(biāo)，第二激光光束作為本振光光束；接收探測目標(biāo)出射的回波信號。

具體的，發(fā)射接收模塊3可包括第一分束器31、環(huán)形器32、光學(xué)收發(fā)裝置33以及第二分束器34。

第一分束器31可與激光放大器24相連，用于將雙頻線性連續(xù)波 激光光束分成兩束，即第一激光光束與第二激光光束。

分束器將兩束激光進(jìn)行分離，使其各自按照預(yù)設(shè)的光路進(jìn)行傳輸。分束器將雙波長激光分束的第一激光光束作為信號光光束用于與探測目標(biāo)發(fā)生相互作用，并產(chǎn)生回波信號，第二激光光束作為本振光光束，用于與回波信號發(fā)生相干，以獲得多普勒頻移信息。

分束器可為光分束器、光纖分束器、偏振分束器等，具體采用哪一種類型，相關(guān)技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需求做選擇，本發(fā)明并對此不做任何限定。

環(huán)形器32分別與光學(xué)收發(fā)裝置33、第一分束器31以及第二分束器34相連，用于將第一激光光束入射至光學(xué)收發(fā)裝置33上，將第二激光光束入射至第二分束器34上；并將探測目標(biāo)散射的回波信號入射到第二分束器34上。

環(huán)形器32主要用于對多路信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)然也可采用其他器件，只要可以起到環(huán)形器的作用即可，本發(fā)明對此并不做任何限定。

光學(xué)收發(fā)裝置33用于將第一激光光束入射至探測目標(biāo)上，并接收與探測目標(biāo)相互作用后出射的回波信號并將其入射至環(huán)形器32上。

光學(xué)收發(fā)裝置33集發(fā)射與接收于一體，可采用kc705光學(xué)收發(fā)器、sfp光學(xué)收發(fā)器、圖形圖像光學(xué)收發(fā)器、通信協(xié)議光學(xué)收發(fā)器、fmc子卡光學(xué)收發(fā)器或dsp光學(xué)收發(fā)器等等，具體采用哪一種類型，相關(guān)技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需求做選擇，本發(fā)明并不對此做任何限定。

第二分束器34用于將回波信號與第二激光光束入射至探測模塊。

需要說明的是，如果系統(tǒng)中沒有激光放大器24，第一分光器31可與濾波器23相連；如果系統(tǒng)中沒有濾波器23，第一分光器31可直接與調(diào)制器21相連。

可選的，在本實(shí)施例的一些實(shí)施方式中，例如還可以包括：

衰減器35，分別與第一分束器31與所述第二分束器34相連，用于對第二激光光束進(jìn)行衰減，經(jīng)衰減后的光束作為所述本振光光束。衰減器35用于通過模擬光束在大氣中的衰減過程對第二激光光束(本振光光束)進(jìn)行衰減。通過對本振光光束的衰減處理，使得本振光光 束與回波信號的傳輸過程經(jīng)歷的衰減相類似，有利于兩束光的相干，有利于獲得更加準(zhǔn)確的多普勒頻移信息，從而有利于提高探測精度。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，衰減器35可選擇連續(xù)可調(diào)衰減器。當(dāng)然，也可采用其他類型的衰減器，具體采用哪一種類型，相關(guān)技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需求做選擇，本發(fā)明并不對此做任何限定。

需要說明的是，在沒有衰減器的情況下，第二激光光束將經(jīng)第一分束器31發(fā)射到第二分束器34；但是在有衰減器時(shí)，第二激光光束將經(jīng)第一分束器31發(fā)射到衰減器35，經(jīng)過衰減器35進(jìn)行衰減后發(fā)射至第二分束器34。

探測模塊4用于對本振光光束與回波信號進(jìn)行光學(xué)拍頻獲得多普勒頻移信息，同時(shí)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。可包括平衡探測器41。

平衡探測器41與第二分束器34相連，用于對第二激光光束與回波信號進(jìn)行光學(xué)拍頻，以獲得雙頻多普勒頻移信號。第二分束器34將回波信號與第二激光光束入射至平衡探測器41，回波信號與第二激光光束在該探測器的光敏面上混頻后，可采用光學(xué)拍頻的方式分別得到兩束光的雙頻多普勒頻移值。當(dāng)然，也可采用其他探測器，例如光電探測器。

信號處理模塊5用于對電信號進(jìn)行微波拍頻獲得多普勒頻移差值信息，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理。

信號處理模塊5可包括：

采集卡51以及數(shù)據(jù)處理裝置52。

采集卡51與平衡探測器41相連，用于對雙頻多普勒頻移信號進(jìn)行采集。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，采集卡51可選擇A/D采集卡，當(dāng)然，也可采用其他類型的采集卡，具體采用哪一種類型，相關(guān)技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需求做選擇，本發(fā)明并對此做任何限定。

數(shù)據(jù)處理裝置52與采集卡51相連，用于對電信號進(jìn)行微波拍頻，以獲得雙頻多普勒頻移差值信號，以此反演目標(biāo)的距離與速度信息。

數(shù)據(jù)處理裝置可包括：

DSP數(shù)據(jù)處理單元521以及計(jì)算機(jī)522。

DSP數(shù)據(jù)處理單元521，用于對第二激光光束與回波信號轉(zhuǎn)化的電信號進(jìn)行微波拍頻，以獲得多普勒頻移差值信號。由于任何同時(shí)作用在兩個(gè)頻率不同的線性調(diào)頻信號的相位上的誤差項(xiàng)，都不會影響微波拍頻所得的差頻信號的相位，故解決了掃頻非線性和距離速度耦合問題；由于差頻信號的頻率相比日常生活中常用的中頻信號的頻率要低的多，故一定程度上可抗電磁干擾，舉例來說，傳統(tǒng)的相干激光雷達(dá)采用中頻信號探測風(fēng)速，中頻信號一般在30MHz到300MHz之間，這剛好是廣播電臺、無線通信設(shè)備所使用的波段，該波段覆蓋范圍廣、使用密集。因此，中頻信號的使用使傳統(tǒng)相干激光雷達(dá)容易受電磁環(huán)境的干擾，而激光雷達(dá)在正常工作時(shí)輻射的電磁信號也將對其它電子設(shè)備造成干擾。而本發(fā)明中，例如當(dāng)頻率間距為20GHz時(shí)，30m/s的風(fēng)速引起的多普勒頻移差值僅為4000Hz，避開了此波段，故具有抗電磁干擾的特性。

此外，采用DSP數(shù)據(jù)處理單元還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和顯示，有利于提升使用者的使用體驗(yàn)。

計(jì)算計(jì)522用于根據(jù)多普勒頻移差值信號反演目標(biāo)的距離與速度信息。例如以大氣氣溶膠作為探測物，用所述激光雷達(dá)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對大氣風(fēng)速的測量。

需要說明的是，除了對探測目標(biāo)的距離與速度進(jìn)行計(jì)算外，還可以對其他關(guān)于探測目標(biāo)的信息進(jìn)行處理，例如成像、測溫等等。

通過增加計(jì)算模塊，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)采集信號進(jìn)行反演與顯示，輸出或獲得探測目標(biāo)的相關(guān)信息，使整體系統(tǒng)更具有實(shí)際意義。

本申請技術(shù)方案采用雙波長線性調(diào)頻激光，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理部分相比現(xiàn)有技術(shù)較為簡單；由于大氣湍流對兩個(gè)調(diào)頻光束影響相同，故降低了因探測目標(biāo)不平整和大氣湍流效應(yīng)引起的散斑噪聲的影響；由于采用線性連續(xù)波作為相干光束，故其距離分辨力高、距離無盲區(qū)；此外，可實(shí)現(xiàn)對探測目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行測距測速；在光學(xué)拍頻的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行微波拍頻以獲得多普勒頻移差值信息，解決了掃頻非線性和距離速度耦合問題；而且可抗電磁干擾。

為了更好的理解本申請技術(shù)方案的思想與原理，以下以具體的一種應(yīng)用場景進(jìn)行對本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行闡述。

利用調(diào)制信號為三角波信號的電光調(diào)制器對兩束中心頻率(f₁，f₂)不同的連續(xù)波激光光束在時(shí)間內(nèi)以調(diào)整帶寬B，調(diào)制頻率k進(jìn)行線性調(diào)制，采用如圖3所示的激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過先光學(xué)拍頻，在微波拍頻提取多普勒頻移差值信息，對物體進(jìn)行測距測速。由圖3所示，f_d1為中心頻率為f₁的光束的多普勒頻移值，f_d2為中心頻率為f₂的光束的多普勒頻移值，fm＝f₁-f₂為兩束光的中心頻率差值，f_d1-f_d2為兩束光的多普勒頻移差值，τ為本振光與信號光的時(shí)間延遲。

由圖3可知，該雷達(dá)系統(tǒng)可包括雙頻激光源1、EOM電光調(diào)制器2、信號發(fā)生器3、濾波器4、激光放大器5、分束器6、環(huán)形器7、光學(xué)收發(fā)裝置8、探測目標(biāo)9、連續(xù)可調(diào)衰減器10、分束器11、平衡探測器12、A/D采集卡13、DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14與計(jì)算機(jī)15。

其中各器件的連接關(guān)系如下：

雙頻激光源1的輸出端與EOM電光調(diào)制器2的輸入端連接，EOM電光調(diào)制器2輸出端與濾波器4的輸入端連接，三角波信號發(fā)生器3的控制信號輸入端與EOM電光調(diào)制器2的控制信號輸出端連接，濾波器4的輸出端與激光放大器5的輸入端連接，激光放大器5的輸出端與分束器6的輸入端連接；分束器6將雙頻線性連續(xù)波激光分成兩束，其中端口A輸出的為信號光，端口B輸出的為本振光；分束器6的輸出A端與環(huán)形器7的A端口連接，分束器6的輸出端B與連續(xù)可調(diào)衰減器10的輸入端連接；環(huán)形器7的C端口與分束器11的A端口連接；環(huán)形器7的B端口與光學(xué)收發(fā)裝置8連接，光學(xué)收發(fā)裝置8出射的光束照射在探測目標(biāo)9上，從探測目標(biāo)9后向散射回的信號經(jīng)光學(xué)收發(fā)裝置8收集，再先后經(jīng)環(huán)形器7的B端和C端，傳輸至分束器11；連續(xù)可調(diào)衰減器10的輸出端與分束器11的B端口連接，本振光與信號光通過分束器11混合后接入平衡探測器12，平衡探測器12的輸出端與A/D采集卡13的輸入端連接，A/D采集卡13的輸出端 與DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14的輸入端連接，DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14的輸出端與計(jì)算機(jī)15連接。

以下對探測目標(biāo)測距測速的原理進(jìn)行闡述，為了模擬實(shí)際模擬實(shí)際情況下的頻率調(diào)制非線性，引入f_e(t)為線性頻率偏差，且有f_e(0)＝f_e(T/2)＝0，其中一個(gè)單頻信號經(jīng)調(diào)制后，一個(gè)周期內(nèi)其上掃頻段的頻率和相位為：

f₁⁺(t)＝f₁+kt+f_e(t)，

式中，k＝B/(T/2)＝2B/T，且δ_R＝c/2B，B單位為MHz，調(diào)制帶寬決定于距離分辨率，T為調(diào)制周期(ms)，為初始相位。

一個(gè)周期內(nèi)的雙頻線性調(diào)頻激光的電場可為：

E(t)＝E₁(t)+E₂(t) t∈(0，T)，

式中，E₁和E₂為振幅，和為相位角。

探測目標(biāo)散射信號的電場可表示為：

E'(t)＝E₁'(t)+E'₂(t) t∈(0，T)，

式中，E₁`＝E₁/α，α為反射光的總損失，信號光與本振光在平衡探測器光敏面混頻探測時(shí)，由于探測器僅響應(yīng)帶寬范圍內(nèi)的信號。

當(dāng)t∈(τ，T/2)，探測器的光場照度為：

式中，I＝E₁²+E₁'²，Δf₁⁺(t)＝kτ+f_e(t)-f_e(t-τ)＝Δf₁+Δf_e(t)。

若考慮多普勒效應(yīng)，且設(shè)τ隨時(shí)間變化，可得：

同理，可有：

又可得：

式中，f_d1＝2νf₁/c，f_d2＝2νf₂/c，ν為探測目標(biāo)的速度，c為光速。

當(dāng)t∈(T/2，T/2+τ)，同理，可有：

當(dāng)t∈(T/2+τ，T)，同理，可有：

I₁(t)與I₂(t)可通過探測器探測后由A/D采集卡進(jìn)行采集，采集后的信號經(jīng)DSP數(shù)據(jù)信號處理后再次進(jìn)行混頻處理，對上式展開，其中包含多普勒頻移信息的項(xiàng)為：

式中，

綜上，可計(jì)算探測目標(biāo)的距離與速度，如下所示：

式中，當(dāng)ν為正值時(shí)，表示探測目標(biāo)在靠近激光雷達(dá)；若為負(fù)值，則說明目標(biāo)正在遠(yuǎn)離激光雷達(dá)。

本發(fā)明實(shí)施例通過在時(shí)間上對兩個(gè)中心頻率不同的連續(xù)波的頻率進(jìn)行線性調(diào)制，得到雙頻線性調(diào)頻激光，其調(diào)頻帶寬B和雙頻中心頻率差值f_m均遠(yuǎn)小于雙頻中心頻率f₁和f₂，因此大氣湍流對兩個(gè)調(diào)頻激光的影響幾乎相同，具有對大氣湍流不敏感的特點(diǎn)。而掃頻非線性導(dǎo)致的非線性頻率偏差f_e(t)，在信號處理過程中，微波拍頻使非線性頻率偏差項(xiàng)相互抵消，所得差頻信號不含非線性頻率偏差項(xiàng)。綜上所述，激光雷達(dá)系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了對探測目標(biāo)同時(shí)測距測速，極大降低了非線性調(diào)頻和大氣湍流效應(yīng)對測速分辨率的影響，探測精度高、抗電磁干擾、無距離盲區(qū)。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。

以上對本發(fā)明所提供的一種激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。