一种基于参考脉冲的相位编码激光雷达的制作方法

本发明涉及激光雷达测距测速，特别涉及一种基于参考脉冲的相位编码激光雷达。

背景技术：

1、雷达在军事、民航、自动驾驶等领域具有非常重要的作用。激光雷达由于采用波长较短的激光作为信息载波，因而具有较高的分辨率，可用于对目标进行探测、跟踪和识别，以及进行测距、成像。

2、信噪比是激光雷达探测中非常重要的一个指标，能够直接影响系统的性能。现有技术中，采用光子计数法的激光雷达可以达到较远的测距范围，这是由于单光子探测器具有较高的灵敏度，但是其工作时需要降温至-30℃以下来降低暗计数，因此成本和复杂度较高，不利于小型化。对于日光背景噪声，只能通过滤波器进行滤波，在滤噪的同时真实信号会有一定的损失，因此在白天信噪比较低，难以正常工作。相干激光雷达具有天然的滤波作用，使用本振光与真实回波信号进行相干探测，不仅可以滤除不相干的背景噪声，还具有一定的增益。然而，在远距离时由于回波信号的退相干效应较为显著，本振光与回波信号之间的相位关系无法确定，使得相干探测变得困难。

技术实现思路

1、针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种基于参考脉冲的相位编码激光雷达。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种基于参考脉冲的相位编码激光雷达，包括连续激光器cwl、幅度调制器am、第一分束器bs1、第二分束器bs2、第三分束器bs3、第一调相器pm1、第二调相器pm2、光纤放大器、发射望远镜、接收望远镜、不等臂干涉仪模块、第一光电探测器pd1和第二光电探测器pd2，

4、所述连续激光器cwl用于产生连续激光信号；

5、幅度调制器am用于将连续激光信号进行斩波产生周期为2t的光脉冲；

6、第一分束器bs1和第二分束器bs2构成第一不等臂干涉仪，用于产生从第二分束器bs2两个输出端口分别出射的周期均为t的发射光脉冲和本振光脉冲；

7、第一调相器pm1用于对发射光脉冲的偶数脉冲进行0或π相位编码，作为信号脉冲，奇数脉冲作为参考脉冲；

8、光纤放大器用于放大参考脉冲与信号脉冲；

9、发射望远镜用于将经放大后的参考脉冲与信号脉冲扩束并向目标照射；

10、接收望远镜用于接收从目标反射的回波信号；

11、不等臂干涉仪模块，用于使回波信号中的每个脉冲产生具有时间差t的两个子脉冲；以及用于使本振光脉冲产生具有时间差t的第一本振分量和第二本振分量；

12、第二调相器pm2用于将第二本振分量的相位调制为π/2；

13、第三分束器bs3用于使第一本振分量、第二本振分量分别与回波信号的两个子脉冲进行干涉；

14、第一光电探测器pd1和第二光电探测器pd2通过信号差分构成平衡零差探测器，用于依次交替测量参考脉冲的同相分量、正交分量、信号脉冲的同相分量、正交分量。

15、优选地，所述不等臂干涉仪模块包含第一偏振分束器pbs1、第二偏振分束器pbs2、第四分束器bs4和第五分束器bs5，

16、第四分束器bs4的两个输出端口与第五分束器bs5的两个输出端口分别通过长度不等的光纤连接，构成第二不等臂干涉仪；

17、第四分束器bs4的输入端口与第一偏振分束器pbs1的输入端口经过90°偏振旋转后相连；

18、第五分束器bs5的输入端口与第二偏振分束器pbs2的输入端口相连；

19、第一偏振分束器pbs1的两个输出端口分别与接收望远镜和第二调相器pm2相连；

20、第二偏振分束器pbs2的两个输出端口分别与第二分束器bs2的一个输出端口和第三分束器bs3的一个输入端口相连。

21、优选地，所述不等臂干涉仪模块包含起偏器pol、第一环形器cir1、第二环形器cir2、第四分束器bs4和第五分束器bs5，

22、第四分束器bs4的两个输出端口与第五分束器bs5的两个输出端口分别通过长度不等的光纤连接，构成第二不等臂干涉仪；

23、第一环形器cir1的第一端口、第二端口、第三端口分别与起偏器pol的输出端口、第四分束器bs4的输入端口、第二调相器pm2的输入端口相连；

24、第二环形器cir2的第一端口、第二端口、第三端口分别与第二分束器bs2的一个输出端口、第五分束器bs5的输入端口、第三分束器bs3的一个输入端口相连；

25、起偏器pol的输入端口与接收望远镜相连。

26、优选地，所述不等臂干涉仪模块包含起偏器pol、第四分束器bs4和第五分束器bs5，

27、第四分束器bs4的两个输出端口与第五分束器bs5的两个输出端口分别通过长度不等的光纤连接，构成第二不等臂干涉仪；

28、第四分束器bs4的两个输入端口分别与起偏器pol的输出端口、第二调相器pm2的输入端口相连；

29、第五分束器bs5的两个输入端口分别与第二分束器bs2的一个输出端口、第三分束器bs3的一个输入端口相连；

30、起偏器pol的输入端口与接收望远镜相连。

31、优选地，两个子脉冲的时间差t=t/2。

32、优选地，信号光与本振光的时间间隔t不大于1ns。

33、与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

34、本发明提出一种基于参考脉冲的相位编码激光雷达，通过向目标发射参考脉冲和信号脉冲，并将本振光和回波信号经过同一个不等臂干涉仪，利用一个零差探测器实现对参考脉冲和信号脉冲同相分量、正交分量的探测。通过将参考脉冲的相位测量结果对信号脉冲的测量结果进行修正，由于信号光和参考光经历了相同的路径，可以大大降低退相干效应的影响。另外，使用一个零差探测器即可实现同相分量、正交分量的探测，降低了系统的复杂度。

技术特征：

1.一种基于参考脉冲的相位编码激光雷达，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于参考脉冲的相位编码激光雷达，其特征在于，所述不等臂干涉仪模块包含第一偏振分束器pbs1、第二偏振分束器pbs2、第四分束器bs4和第五分束器bs5，

3.根据权利要求1所述的基于参考脉冲的相位编码激光雷达，其特征在于，所述不等臂干涉仪模块包含起偏器pol、第一环形器cir1、第二环形器cir2、第四分束器bs4和第五分束器bs5，

4.根据权利要求1所述的基于参考脉冲的相位编码激光雷达，其特征在于，所述不等臂干涉仪模块包含起偏器pol、第四分束器bs4和第五分束器bs5，

5.根据权利要求2或3或4所述的基于参考脉冲的相位编码激光雷达，其特征在于，两个子脉冲的时间差t=t/2。

6.根据权利要求2或3或4所述的基于参考脉冲的相位编码激光雷达，其特征在于，信号光与本振光的时间间隔t不大于1ns。

技术总结本发明属于激光雷达测距测速领域，公开了一种基于参考脉冲的相位编码激光雷达，包括连续激光器、幅度调制器、第一不等臂干涉仪、第三分束器、第一调相器、第二调相器、光纤放大器、发射望远镜、接收望远镜、不等臂干涉仪模块、两个光电探测器。与现有技术相比，本发明通过向目标发射参考脉冲和信号脉冲，并将本振光和回波信号经过同一个不等臂干涉仪，利用一个零差探测器实现对参考脉冲和信号脉冲同相分量、正交分量的探测。通过将参考脉冲的相位测量结果对信号脉冲的测量结果进行修正，由于信号光和参考光经历了相同的路径，可以大大降低退相干效应的影响。另外，使用一个零差探测器即可实现同相分量、正交分量的探测，降低了系统的复杂度。技术研发人员：赵义博,丁瑶,陈东升,屈秀秀受保护的技术使用者：北京中科国光量子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4