专利名称：一种利用相干探测激光测速测距的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种利用相干探测激光测速测距的方法及装置。
背景技术：
测速测距相干激光雷达是激光雷达技术、相干探测技术、信号处理技术的综合应用之一。广泛的应用在航空航天、目标监控、风场测量等诸多领域，在军事和民用领域都有着广阔的应用前景。目前的激光雷达大多单一测量目标的速度或者距离信息，测速测距主要有以下几种方法第一种是采用微波雷达探测的方式，但是与激光雷达探测方式相比，微波雷达波束宽、角分辨率低、抗干扰能力不强。第二种是采用激光雷达直接探测的方式，直接探测与相干探测相比，其探测灵敏度大大降低，从而降低了激光雷达的作用距离。第三种是采用激光回波频率调制相干的方式，这种方式要加入体积功耗大的声光移频器，信噪比不高，导致测量作用距离和精度不高。第四种是采用对激光发射信号进行频率三角波调制的方式进行探测，采用三角波调制时，三角波信号的非线性会导致测量精度降低。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种利用相干探测激光测速测距的方法及装置，克服现有技术测量作用距离近、精度低、以及测量设备体积重量大的缺陷。本发明采用的技术方案是，所述利用相干探测激光测速测距的方法，包括采用调制信号对激光源发出的激光进行频率调制得到调频信号，所述调制信号的每个周期分为两个阶段，其中第一阶段对所述激光进行恒定频率调制，第二阶段对所述激光进行正弦波或三角波调制；将所述调频信号分为两路，一路照射到目标物体并反射回波信号，另一路作为本振光与所述回波信号进行混频后得到混频信号；将混频信号进行光电转换后得到混频电信号，基于所述混频电信号每个周期第一阶段的频率信息解算出目标物体的速度，基于所述混频电信号每个周期第二阶段的频率信息解算出激光源距离目标物体的距离。进一步的，所述混频电信号每个周期第一阶段和第二阶段的频率信息的获取过程，包括对经过光电转换后得到的混频电信号依次经过信号放大、带通滤波、以及快速傅里叶变换后得到混频电信号的频率；基于混频电信号的频率分别确定所述混频电信号每个周期内第一阶段和第二阶段的频率平均值。进一步的，所述混频电信号每个周期第一阶段和第二阶段的频率信息的获取过程，包括
对经过光电转换后得到的混频电信号依次经过信号放大、带通滤波、以及快速傅里叶变换后得到混频电信号的频谱能量与频率的对应关系；基于频谱能量与频率的对应关系，分别滤除所述混频电信号每个周期内第一阶段和第二阶段中频谱能量低于设定阈值的噪声点频率，然后分别确定滤除了噪声点频率的所述混频电信号每个周期内第一阶段和第二阶段的频率平均值。进一步的，所述带通滤波的滤波范围根据多普勒效应由目标物体的速度范围确定;所述信号放大的倍数由光电转换的接收灵敏度确定。进一步的，所述基于所述混频电信号每个周期第一阶段的频率信息解算出目标物体的速度，具体包括:将所述滤除了噪声点频率的所述混频电信号每个周期第一阶段的频率平均值、激光波长、以及激光波束方向与目标物体运动方向的夹角带入多普勒效应公式，计算得出目标物体的速度；所述基于所述混频电信号每个周期第二阶段的频率信息解算出激光源距离目标物体的距离，具体包括:设激光源距离目标物体的距离为R，则R的计算公式如下:
权利要求
1.一种利用相干探测激光测速测距的方法，其特征在于，包括: 采用调制信号对激光源发出的激光进行频率调制得到调频信号，所述调制信号的每个周期分为两个阶段，其中第一阶段对所述激光进行恒定频率调制，第二阶段对所述激光进行正弦波或三角波调制； 将所述调频信号分为两路，一路照射到目标物体并反射回波信号，另一路作为本振光与所述回波信号进行混频后得到混频信号； 将混频信号进行光电转换后得到混频电信号，基于所述混频电信号每个周期第一阶段的频率信息解算出目标物体的速度，基于所述混频电信号每个周期第二阶段的频率信息解算出激光源距离目标物体的距离。
2.根据权利要求1所述的利用相干探测激光测速测距的方法，其特征在于，所述混频电信号每个周期第一阶段和第二阶段的频率信息的获取过程，包括: 对经过光电转换后得到的混频电信号依次经过信号放大、带通滤波、以及快速傅里叶变换后得到混频电信号的频率； 基于混频电信号的频率分别确定所述混频电信号每个周期内第一阶段和第二阶段的频率平均值。
3.根据权利要求1所述的利用相干探测激光测速测距的方法，其特征在于，所述混频电信号每个周期第一阶段和第二阶段的频率信息的获取过程，包括: 对经过光电转换后得到的混频电信号依次经过信号放大、带通滤波、以及快速傅里叶变换后得到混频电信号的频谱能量与频率的对应关系； 基于频谱能量与频率的对应关系，分别滤除所述混频电信号每个周期内第一阶段和第二阶段中频谱能量低于设 定 阈值的噪声点频率，然后分别确定滤除了噪声点频率的所述混频电信号每个周期内第一阶段和第二阶段的频率平均值。
4.根据权利要求2或3所述的利用相干探测激光测速测距的方法，其特征在于，所述带通滤波的滤波范围根据多普勒效应由目标物体的速度范围确定；所述信号放大的倍数由光电转换的接收灵敏度确定。
5.根据权利要求2或3所述的利用相干探测激光测速测距的方法，其特征在于，所述基于所述混频电信号每个周期第一阶段的频率信息解算出目标物体的速度，具体包括: 将所述滤除了噪声点频率的所述混频电信号每个周期第一阶段的频率平均值、激光波长、以及激光波束方向与目标物体运动方向的夹角带入多普勒效应公式，计算得出目标物体的速度； 所述基于所述混频电信号每个周期第二阶段的频率信息解算出激光源距离目标物体的距离，具体包括: 设激光源距离目标物体的距离为R，则R的计算公式如下:
6.一种利用相干探测激光测速测距的装置，其特征在于，包括: 调制模块，用于采用调制信号对激光源发出的激光进行频率调制得到调频信号，所述调制信号的每个周期分为两个阶段，其中第一阶段对所述激光进行恒定频率调制，第二阶段对所述激光进行正弦波或三角波调制； 分光模块，用于将所述调频信号分为两路； 探测混频模块，用于将分光模块分出的一路调频信号照射到目标物体并反射回波信号，将另一路作为本振光与所述回波信号进行混频后得到混频信号； 光电转换模块，用于将混频信号进行光电转换后得到混频电信号； 解算模块，用于基于所述混频电信号每个周期第一阶段的频率信息解算出目标物体的速度，基于所述混频电信号每个周期第二阶段的频率信息解算出激光源距离目标物体的距离。
7.根据权利要求6所述的利用相干探测激光测速测距的装置，其特征在于，所述解算模块，具体包括: 频率信息获取模块，用于对经过光电转换后得到的混频电信号依次经过信号放大、带通滤波、以及快速傅里叶变换后得到混频电信号的频率； 基于混频电信号的频率分别确定所述混频电信号每个周期内第一阶段和第二阶段的频率平均值。
8.根据权利要求6所述的利用相干探测激光测速测距的装置，其特征在于，所述解算模块，具体包括: 频率信息获取模块，用于对经过光电转换后得到的混频电信号依次经过信号放大、带通滤波、以及快速傅里叶变换后得到混频电信号的频谱能量与频率的对应关系； 基于频谱能量与频率的对应关系`，分别滤除所述混频电信号每个周期内第一阶段和第二阶段中频谱能量低于设定阈值的噪声`点频率，然后分别确定滤除了噪声点频率的所述混频电信号每个周期内第一阶段和第二阶段的频率平均值。
9.根据权利要求7或8所述的利用相干探测激光测速测距的装置，其特征在于，所述带通滤波的滤波范围根据多普勒效应由目标物体的速度范围确定；所述信号放大的倍数由光电转换模块的接收灵敏度确定。
10.根据权利要求7或8所述的利用相干探测激光测速测距的装置，其特征在于，所述解算模块，还包括: 速度解算模块，用于将所述滤除了噪声点频率的所述混频电信号每个周期第一阶段的频率平均值、激光波长、以及激光波束方向与目标物体运动方向的夹角带入多普勒效应公式，计算得出目标物体的速度； 距离解算模块，用于根据下面的公式计算出激光源距离目标物体的距离为R，则，
全文摘要
本发明公开了一种利用相干探测激光测速测距的方法及装置，引入分两个阶段对激光源发出的激光进行频率调制的调制信号，基于后续混频信号中相应的两个阶段的频率信息解算出目标物体速度和距测试设备的距离，与现有技术中全周期的三角波调制方式相比，可大大提高速度解算的信噪比，消除调制信号的线性度对测速测距造成的影响。同时，本发明在同一装置中采用相干探测的方式，分两阶段对激光进行频率调制，既能测量运动物体距离信息，也能得到运动物体速度信息，而且保证了测量的精度和作用范围。
文档编号G01S17/58GK103076611SQ20131000681
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者刘波, 眭晓林, 张颖, 曹昌东, 吴健, 颜子恒, 熊文龙 申请人:中国电子科技集团公司第十一研究所