一种基于相位扫描的激光雷达测距测速方法与流程

本发明涉及激光雷达测距测速，特别涉及一种基于相位扫描的激光雷达测距测速方法。

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、测速、成像。

2、对于测距测速，目前常用的方法为将本振光移频后与经连续被调频或随机幅度或相位调制的回波信号进行相干探测，通过测量多普勒频率来进行测速，通过回波信号的解调后进行互相关测距。相干激光雷达具有天然的滤波作用，使用本振光与真实信号进行相干探测，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，使得相干探测变得困难，日光下背景噪声的影响增加，使得系统的信噪比较低。授权公共号为cn118011415b的中国专利提出一种两脉冲相对相位编码的方式可以解决大气湍流等影响造成的退相干问题。但是该方案无法对目标进行测速，且当目标运动速度较大时，多普勒频移会导致回波信号频率改变，从而导致两脉冲之间的相位差发生变化，进而使得干涉解码的误码增大，影响测距性能。

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相位扫描的激光雷达测距测速方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种基于相位扫描的激光雷达测距测速方法，包括以下步骤：

4、s1：主控模块产生比特互补的第一序列、第二序列，对应构成第一驱动信号和第二驱动信号；

5、s2：两个驱动信号分别驱动激光器产生脉冲进入第一不等臂干涉仪，输出相位编码信号；

6、s3：对相位编码信号进行放大、扩束后照射目标，并接收经目标反射的回波信号；

7、s4：回波信号进入第二不等臂干涉仪进行干涉，干涉结果分别探测后进行差分；

8、s5：对回波信号进行调相，通过最优化算法使得差分结果绝对值最大，计算目标的速度；

9、s6：根据探测结果的正负将探测序列转化为接收序列；

10、s7：将第一序列与接收序列进行移位互相关运算，根据互相关峰值得到目标的距离信息。

11、优选地，所述s1：主控模块产生一个0和1比特随机出现的第一序列，同时将第一序列中的0和1比特分别取反得到第二序列，并根据第一序列和第二序列产生用于触发对应激光器的第一驱动信号和第二驱动信号，其中0比特对应低电平，不触发激光器发射激光脉冲；1比特对应高电平，触发激光器发射激光脉冲；

12、所述s2：第一驱动信号触发激光器发出激光脉冲信号，进入第一不等臂干涉仪第一输入端口，产生相位差为0的第一双子脉冲信号；第二驱动信号触发激光器发出激光脉冲信号，进入第一不等臂干涉仪第二输入端口，产生相位差为π的第二双子脉冲信号；第一双子脉冲信号和第二双子脉冲信号随机从第一不等臂干涉仪的输出端口出射，形成相位编码信号；

13、所述s3：相位编码信号经光放大模块放大至预定功率，并通过发射望远镜扩束后向目标照射，使用接收望远镜接收从目标反射的回波信号；

14、所述s4：回波信号进入第二不等臂干涉仪进行干涉，产生的两路干涉信号分别进入第一探测模块和第二探测模块进行探测，并使用差分电路将两个探测结果进行差分得到探测序列；

15、所述s5：主控模块控制第二不等臂干涉仪长臂上的调相模块进行相位扫描，通过最优化算法使得探测序列的绝对值达到最大时停止相位扫描，根据相应的扫描相位计算出目标的速度；

16、所述s6：根据此时探测结果的正负将探测序列转化为接收序列，其中大于0的结果为0，小于0 的结果为1，等于0的结果随机赋值为0或1；

17、所述s7：将所述第一序列与接收序列进行移位互相关运算，根据互相关运算结果达到峰值对应的位置得到目标的距离信息。

18、优选地，所述步骤s5中的预定最优化算法为梯度下降算法。

19、优选地，所述步骤s5中的预定最优化算法为pid控制算法。

20、优选地，所述调相模块为相位调制器pm。

21、优选地，所述第一探测模块和第二探测模块为单光子级平衡探测器。

22、与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

23、本发明提出一种基于相位扫描的激光雷达测距测速方法，通过对激光脉冲信号进行相位编解码，通过高灵敏度的平衡探测器探测解码后的回波信号进行差分，并对接收不等臂干涉仪进行相位扫描使得差分信号绝对值达到最大，不仅可以大幅度降低回波信号中背景噪声，提高系统测距的信噪比，还可以通过相位扫描获得目标的速度。

技术特征：

1.一种基于相位扫描的激光雷达测距测速方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于相位扫描的激光雷达测距测速方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的基于相位扫描的激光雷达测距测速方法，其特征在于，所述步骤s5中的预定最优化算法为梯度下降算法。

4.根据权利要求2所述的基于相位扫描的激光雷达测距测速方法，其特征在于，所述步骤s5中的预定最优化算法为pid控制算法。

5.根据权利要求2所述的基于相位扫描的激光雷达测距测速方法，其特征在于，所述调相模块为相位调制器pm。

6.根据权利要求2所述的基于相位扫描的激光雷达测距测速方法，其特征在于，所述探测模块均为单光子级平衡探测器。

技术总结本发明属于激光雷达测距测速技术领域，公开了一种基于相位扫描的激光雷达测距测速方法，两个比特互补的驱动信号分别驱动激光器产生脉冲进入第一不等臂干涉仪，输出相位编码信号并进行放大、扩束后照射目标，并接收经目标反射的回波信号；回波信号进入另一个不等臂干涉仪进行干涉，干涉结果分别探测后进行差分；对回波信号进行调相，计算目标的速度；根据探测结果的正负将探测序列转化为接收序列；根据互相关峰值得到目标的距离信息。与现有技术相比，本发明通过对激光脉冲信号进行相位编解码，通过探测解码后的回波信号进行差分，不仅可以大幅度降低回波信号中背景噪声，提高系统测距的信噪比，还可以通过相位扫描获得目标的速度。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：2024/11/18