基于強(qiáng)度編碼的合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于強(qiáng)度編碼的合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)，它應(yīng)用于合成孔徑激光雷達(dá)成像。本發(fā)明的系統(tǒng)由碼元信號產(chǎn)生單元、90:10光纖耦合器、收發(fā)鏡頭、50:50光纖耦合器、2個平衡探測器、數(shù)據(jù)采集模塊和信號處理程序模塊構(gòu)成。本發(fā)明的強(qiáng)度編碼合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)是基于多階強(qiáng)度編碼調(diào)制激光脈沖信號，采用外差相干探測以及平衡探測技術(shù)得到回波信號，距離向與方位向壓縮處理后得到目標(biāo)的二維圖像。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是信號調(diào)制速度極快，在滿足機(jī)載平臺飛行速度的前提下，調(diào)制帶寬可達(dá)5GHz以上，系統(tǒng)采用保偏光纖結(jié)構(gòu)，幅度穩(wěn)定性高，易于調(diào)整光路，探測靈敏度高，距離分辨率達(dá)到厘米量級。
【專利說明】基于強(qiáng)度編碼的合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成孔徑激光雷達(dá)領(lǐng)域，特別地，涉及一種基于強(qiáng)度編碼調(diào)制信號的合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前激光雷達(dá)系統(tǒng)按回波的探測方式可分為直接探測激光雷達(dá)與相干探測激光雷達(dá)。直接探測結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最為廣泛，這種系統(tǒng)是通過測量發(fā)射和接收光信號的時間
延遲(At)來計(jì)算距離，c是光速，但是要得到高分辨率必須使用超短脈沖、高速
采樣，以及靈敏度非常高的雪崩光電二極管作為探測器，對器件要求比較高，受噪聲影響較大。相干探測利用連續(xù)的本振光信號與回波在探測器上混頻，探測靈敏度高，且可得出回波頻率與相位變化，探測距離相較直接探測明顯增加，在大型相干激光雷達(dá)以及激光多普勒雷達(dá)中得到應(yīng)用。
[0003]由激光雷達(dá)理論 可知，功率受限時，所探測的距離越遠(yuǎn)，要求脈沖時寬越大；而要實(shí)現(xiàn)的距離分辨率越高，則需要的帶寬越大，簡單脈沖的時寬帶寬乘積接近于1，時寬與帶寬相互制約，不能同時增大。故對這種恒定波長的簡單激光脈沖，最大作用距離與距離分辨率不可能同時兼顧。最好的解決辦法就是，采用具有大時寬帶寬積的復(fù)雜信號形式作為發(fā)射信號。
[0004]信號理論早就指出，大時寬與帶寬積的發(fā)射信號，必須使用復(fù)雜的調(diào)制波形。常用的有三種形式:線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻和相位編碼調(diào)制。由于線性調(diào)頻信號(LFM信號，SP啁啾信號)易于產(chǎn)生、便于處理、對多普勒頻移不敏感等特性，早期的實(shí)驗(yàn)室演示系統(tǒng)均采用該調(diào)制方式。但寬帶調(diào)頻速率低而致重復(fù)頻率不高，寬帶調(diào)頻線性度差，對于距離分辨率要求較高的機(jī)載平臺等高速運(yùn)動平臺無法使用該方式，限制了合成孔徑激光雷達(dá)的應(yīng)用；非線性調(diào)頻激光的信號源處理較為復(fù)雜，很少有研究；隨機(jī)碼相位調(diào)制激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)快速的信號調(diào)制，但是調(diào)制機(jī)構(gòu)復(fù)雜，對相位的調(diào)制需要精確控制，工程實(shí)現(xiàn)上受到諸多限制。
[0005]基于以上，目前限制機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)工程化的最大障礙在于，無法在極短時間內(nèi)(亞毫秒)調(diào)制得到大時寬帶寬積雷達(dá)信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于強(qiáng)度編碼的合成孔徑激光雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)極短調(diào)制時間(亞毫秒)的大時寬帶寬積雷達(dá)信號。
[0007]本發(fā)明了提供一種新的快速調(diào)制方式，滿足機(jī)載等快速運(yùn)動平臺，實(shí)現(xiàn)距離向與方位向的高分辨率成像，調(diào)制設(shè)備簡單易用，利于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提出的強(qiáng)度編碼調(diào)制方式采用N階隨機(jī)碼，碼元寬度為T，碼元個數(shù)為L，通過光電強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制到發(fā)射脈沖光中。受益于現(xiàn)有光電調(diào)制器的調(diào)制速度非?？?鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制速度可達(dá)40Gb/s，這是微波領(lǐng)域不具備的)，在保證高重復(fù)頻率的前提下可以得到很高的帶寬。以下對本發(fā)明優(yōu)勢進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)。
[0008]合成孔徑激光雷達(dá)實(shí)際中選取λ = 1550nm波長的連續(xù)激光作為光源，發(fā)射信號頻率記為Otl，則激光出射信號可表示為:
[0009]s (t) = Esexp (-j ( ω 0t)) (I)
[0010]Es表示信號幅度，簡單起見，設(shè)為相同。
[0011]信號經(jīng)過斬波，得到寬度為T*L的脈沖信號，重復(fù)頻率f；按照方位向多普勒頻率4的2倍以上進(jìn)行設(shè)置，
【權(quán)利要求】
1.一種基于強(qiáng)度編碼的合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)，它包括窄線寬連續(xù)激光器(I)，90/10光纖分束器(2)，鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器(3)，光放大器(4)，光纖環(huán)形器(5)，收發(fā)鏡頭(6)，90°移相器(7)，寬帶射頻放大器(8)，任意波形發(fā)生器(9)，50/50光纖分束器(10)，寬帶高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)，數(shù)據(jù)處理單元(12)，平衡探測器I (13)，平衡探測器II (14)，3dB耦合器I (15)，3dB耦合器II (16)，斬波器(17)，其特征在于: 窄線寬連續(xù)激光器(I)產(chǎn)生連續(xù)激光，送入90/10光纖分束器(2)，其中90%能量作為發(fā)射信號Si送入鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器(3)，10%作為本振信號s2 ； 由任意波形發(fā)生器(9)產(chǎn)生隨機(jī)N階碼元，N選取6到16，經(jīng)過寬帶射頻放大器(8)放大到適合的電壓幅度，輸入到鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器(3)的射頻端口，對信號Si進(jìn)行幅度編碼調(diào)制，輸出調(diào)制信號s3 ； s3經(jīng)過斬波器(17)，經(jīng)由光纖環(huán)形器(5)和收發(fā)鏡頭(6)發(fā)射出射信號s4 ； 出射信號s4被目標(biāo)反射，在收發(fā)鏡頭(6)得到回波rl，從光纖環(huán)形器(5)的2號口輸出，將能量平均送給3dB耦合器I (15)和3dB耦合器II (16)； 本振信號s2經(jīng)過50/50光纖分束器(10)分成兩路能量相等的信號LI和L2，其中L2經(jīng)過移相器(7)延時90°相位； 將LI和L2分別送入3dB耦合器I (15)和3dB耦合器II (16)，混頻后，分別經(jīng)平衡探測器I (13)和平衡探測器II (14)光電轉(zhuǎn)換后被寬帶高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(11)采樣，存儲到數(shù)據(jù)處理單元(12)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過編碼壓縮和匹配濾波，得到圖像數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的一種基于強(qiáng)度編碼的合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于:所述的隨機(jī)N階碼元，其幅值按照I到N隨機(jī)分布，發(fā)射信號Si經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制后，幅度包絡(luò)按照編碼幅值變化。
【文檔編號】G01S7/483GK104035101SQ201410258904
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】舒嶸, 李飛, 張鴻翼, 洪光烈, 徐衛(wèi)明, 吳軍 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所