CN102798866B - 激光雷达系统及采用该系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法 - Google Patents

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CN102798866B CN201210288383.8A CN201210288383A CN102798866B CN 102798866 B CN102798866 B CN 102798866B CN 201210288383 A CN201210288383 A CN 201210288383A CN 102798866 B CN102798866 B CN 102798866B
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Abstract

激光雷达系统及采用该系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法,涉及激光雷达系统及采用该系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法。它为了解决现有的激光雷达系统测距方法存在激光雷达的距离分辨率与测距范围互相制约的问题。激光雷达系统对光束光强进行了正弦波振幅-脉冲编码复合调制的信号波形。信号的调制方式均为幅度调制,其顺序是一个幅值恒定的信号先经过正弦波幅度调制,再经过脉冲幅度调制,后输出目标的运动速度和距离,由正弦波幅度解调制得到目标运动造成的多普勒频移,从而得出目标的运动速度。本发明适用于雷达领域。

Description

激光雷达系统及采用该系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法

技术领域

[0001 ] 本发明涉及激光雷达领域。

背景技术

[0002] 激光雷达系统测距方法有三种,脉冲测距法,相位测距法和脉冲压缩方法(包括脉冲相位编码和线性调频技术)。每种方法在分辨率、测距范围以及模糊探测距离等方面都有其优势和局限性。脉冲测距法有较长的测距范围,其分辨率由激光脉冲宽度和系统时间同步精度所决定。脉冲测距法为取得高距离分辨率,需要较窄的脉冲宽度和较高的信号同步精度,这对系统的设计提出了较高的要求。相位测距法的测距范围等于调制信号波长的一半,而相位测距法的距离分辨率与系统的测距范围成反比,因此很难实现相位测距法激光雷达系统同时满足高距离分辨率和远测距范围。脉冲压缩测距方法可以在较长的测距范围内实现距离分辨率为c/2B (c为光速,B为调制信号带宽)。为达到I厘米的距离分辨率,脉冲压缩信号的带宽应该超过15GHz。对于激光雷达系统,实现高功率大带宽的脉冲压缩信号具有较大技术难度。因此现有的激光雷达系统测距方法存在激光雷达的距离分辨率与测距范围(模糊探测距离)互相制约的问题。

发明内容

[0003] 本发明为了解决现有的激光雷达系统测距方法存在激光雷达的距离分辨率与测距范围(模糊探测距离)互相制约的问题,从而提出了激光雷达系统及采用该系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法。

[0004] 激光雷达系统,它包括连续激光器、第一调制器、第二调制器、光学发射天线、光学接收天线、数字时钟信号源、模拟时钟信号源、移相器、第一乘法器、第一低通滤波器、相关器、探测器、计算机、除法器、第二乘法器、第二低通滤波器和鉴频器,

[0005] 模拟时钟信号源将连续波时钟信号同时发射至第一调制器、移相器和第一乘法器,

[0006] 移相器将输入的连续波时钟信号输出余弦连续波解调制混频信号至第二乘法器,

[0007] 数字时钟信号源将脉冲相位编码时钟信号同时发送至第二调制器和相关器,

[0008] 连续激光器发射连续激光信号至第一调制器,第一调制器将输入的连续波时钟信号作为调制信号对输入的连续激光信号进行调制,并将调制后的信号发送至第二调制器,第二调制器将输入的脉冲相位编码时钟信号作为调制信号对输入的信号进行再次调制,并将经过脉冲相位编码调制的激光复合调制信号通过光学发射天线发射激光信号,照射目标;

[0009] 激光回波信号通过光学接收天线发送至探测器,探测器将接收到激光回波信号转换为电信号同时发送至相关器、第一乘法器和第二乘法器,

[0010] 相关器根据输入的脉冲相位编码时钟信号和电信号输出目标的低分辨率距离信号至计算机,

[0011] 第一乘法器将输入的电信号和连续波时钟信号输出混频后的信号至第一低通滤波器,第一低通滤波器根据输入的混频后的信号输出第一滤波信号至除法器;

[0012] 第二乘法器将输入的电信号和余弦连续波解调制混频信号输出混频后的信号至第二低通滤波器,第二低通滤波器根据输入的混频后的信号同时输出第二滤波信号至除法器和鉴频器;

[0013] 鉴频器根据输入的第二滤波信号输出多普勒频移信号至计算机;

[0014] 除法器根据输入的第一滤波信号和第二滤波信输出目标的高分辨率距离信号至计算机,

[0015] 计算机根据输入的目标的低分辨率距离信号和目标的高分辨率距离信号进行计算得到目标距离,计算机根据输入的多普勒频移信号计算得到目标的速度。

[0016] 基于激光雷达系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法:模拟时钟信号源将连续波时钟信号B(t)同时发射至第一调制器、移相器和第一乘法器,所述连续波时钟信号B (t)的表达式为

Figure CN102798866BD00061

[0018] 其中,CJci表示调幅连续波的角频率、t表示时间、%表示调幅连续波的初始相位;

[0019] 移相器将输入的连续波时钟信号B (t)进行移相得到余弦连续波解调制混频信号B1U),输出余弦连续波解调制混频信号B1U)至第二乘法器,所述余弦连续波解调制混频信号B1U)的表达式为

[0020]

Figure CN102798866BD00062

[0021] 数字时钟信号源将加载有m序列的脉冲相位编码时钟信号m(t)同时发送至第二调制器和相关器,所述脉冲相位编码时钟信号m(t)的表达式为

Figure CN102798866BD00063

[0023] 其中,η表示相位编码序列的第η个周期,i表示在一个相位编码周期内的第i个码字,Ci表示第i个码字的值,取值为Ci=O或1,Ci=I表示发射子脉冲,Ci=O表示不发射子脉冲;T。为m序列码元宽度,且Scojfc ;N表示编码序列的一个周期包含子码的个数;

[0024] 连续激光器发射幅度恒为A的连续激光信号至第一调制器,第一调制器将输入的连续波时钟信号B(t)作为调制信号对输入的连续激光信号进行调制,输出调制后的信号AB(t)至第二调制器,第二调制器将输入的脉冲相位编码时钟信号m(t)作为调制信号对输入的信号AB(t)进行调制,获得激光复合调制信号AB(t)m(t),所述激光复合调制信号AB(t)m(t)通过光学发射天线发射并照射目标;

[0025] 激光回波信号aAB(t-At)m(t-At)通过光学接收天线发送至探测器,探测器将采集的激光回波信号aAB(t-At)m(t-At)转换为电信号α β AB (t-Δ Δ t)同时发送至相关器、第一乘法器和第二乘法器,

[0026] 其中,a为激光信号经大气传输和目标反射后的衰减系数,β为探测器转换效率,At为回波信号相对于参考信号的延迟,Ai) = sin(eV + % + A敁+约+2.),Ψ\ + 2wr表不回波信号与参考信号之间的相位差M表不由于回波信号相对于连续波参考信号延迟的相位差,2ηπ表示回波信号相对于脉冲编码参考信号之间的相位差,Λω为多普勒频移信号;

[0027] 相关器根据输入的脉冲相位编码时钟信号m(t)对电信号α β AB (t_ Λ t)m(t-At)进行相关处理得到信号延迟时间为At1,由公式(4)得到目标的低分辨率距离信号R1,输出目标的低分辨率距离信号R1至计算机,

Figure CN102798866BD00071

[0029] 第一乘法器将输入的电信号a ^AB(t-At)m(t-At)和连续波时钟信号B(t)进行混频获得混频后的信号B(t).a PAB(t-At)m(t-At),并将所述混频后的信号B(t).aAB(t-At)m(t-At)发送至第一低通滤波器,第一低通滤波器将输入的混频后的ί目号B(t).α β AB(t_Δ t)m(t_Δ t)进行滤波得到第一滤波/[目号cos(Aiy/ + d),并将该第一滤波信号C1 =-cos(A敁+的)发送至除法器;

[0030] 第二乘法器将输入的电信号a ^AB(t-At)m(t-At)和余弦连续波解调制混频信号B1U)进行混频获得混频后的信号Bai).a i3AB(t-At)m(t_At),并将混频后的信号Bai).a i3AB(t-At)m(t_At)发送至第二低通滤波器,第二低通滤波器将输入的混频后的信号Bai).a 进行滤波得到第二滤波信号C2 =-sin(A£y/ + ^;),同时输出第二滤波信号匸2=-5ΐη(Δ敁十(A)至除法器和鉴频器;

[0031] 鉴频器根据输入的第二滤波信号C2处理得到多普勒频移信号Λ ω,输出多普勒频移信号Λ ω至计算机;

[0032] 除法器将输入的第一滤波信号C1和第二滤波信号C2根据公式(5)进行运算,得到相位延迟信号炉,将相位延迟信号识代入公式(6),在根据公式炉=4«/ +仍将公式(6)改写成公式(7),得到目标的高分辨率距离信号R2,根据连续波相位测距法原理和公式(8),可得该信号R2的时间分辨率为Λ R,并将目标的高分辨率距离信号R2发送至计算机,

[0033]

Figure CN102798866BD00072

[0037] 其中,SNR表示系统信噪比;

[0038] 计算机将输入的目标的低分辨率距离信号R1和目标的高分辨率距离信号R2根据公式(9)进行计算得到目标距离R,计算机将输入的多普勒频移信号△ ω根据公式(10)计算得到目标运动速度V,

Figure CN102798866BD00081

[0041] 本发明的优点是:这种调幅连续波相位测距法与相位编码测距法相结合的雷达系统可以同时具备两种测距法各自的优势:

[0042] 1.测距范围大(测距模糊距离大)

[0043] 使用相位编码方式,进行距离的大尺度测量,可以通过改变序列长度改变测距的模糊距离。

[0044] 2.抗干扰性能好

[0045] 因为采用相位编码方式,编码规律近乎于随机序列,具备优良的抗干扰性能。

[0046] 3.信噪比高

[0047] 因为采用相位编码方式,雷达在进行距离的大尺度测量时,信噪比可以提高

Figure CN102798866BD00082

倍。而采用调幅连续波相位测距法时,通常要进行信号的多周期累加,而由于在一个

复合调制信号的周期内,连续波被重复了

Figure CN102798866BD00083

次,系统将这

Figure CN102798866BD00084

次信号进行累加,可得信

噪比同样提高了

Figure CN102798866BD00085

倍。

[0048] 4.测距分辨率高

[0049] 因为采用调幅连续波相位测距法,在使该测距法的模糊距离限制在相位编码方式的一位子码宽度的情况下,调幅连续波相位测距法的测量分辨率可以达到测距范围的百万分之一,因此复合调制方法可以获取比一位子码宽度窄的多的距离分辨率。

[0050] 5.测速分辨率高

[0051] 通常线性调频信号进行测速时,系统能够分辨的频率差为两个频点之差,而对于线性调频信号,调制深度决定了系统对频率的分辨能力,通常为带宽的几百到几千分之一,

Figure CN102798866BD00086

,因此有

Figure CN102798866BD00087

使得线性调频测速系统的速度分辨

率较低。其中,表示回波信号频率,f0表示发射信号的频率,

[0052] 本发明在鉴频时,高次谐波已经被滤波器滤掉,因此系统的鉴频器只需要鉴别较低的角频率Λ ω,降低了鉴频器的难度。而且由于调幅连续波的周期约为子码宽度的2倍,使得调幅连续波的角频率Qci保持在一个较高的程度。因此系统的测速分辨率高。

附图说明

[0053] 图1为本发明的结构示意图;

[0054] 图2为经正弦波振幅调制后的信号波形示意图;

[0055] 图3为经脉冲相位编码调制后的信号波形示意图;

[0056] 图4为经正弦波振幅-脉冲相位编码调制的复合信号波形示意图。

具体实施方式[0057] 具体实施方式一、结合图1具体说明本实施方式,本实施方式所述的激光雷达系统,它包括连续激光器1、第一调制器2、第二调制器3、光学发射天线4、光学接收天线5、数字时钟信号源6、模拟时钟信号源7、移相器8、第一乘法器9、第一低通滤波器10、相关器

11、探测器12、计算机13、除法器14、第二乘法器15、第二低通滤波器16和鉴频器17,

[0058] 模拟时钟信号源7将连续波时钟信号同时发射至第一调制器2、移相器8和第一乘法器9,

[0059] 移相器8将输入的连续波时钟信号输出余弦连续波解调制混频信号至第二乘法器15,

[0060] 数字时钟信号源6将脉冲相位编码时钟信号同时发送至第二调制器3和相关器11,

[0061] 连续激光器I发射连续激光信号至第一调制器2,第一调制器2将输入的连续波时钟信号作为调制信号对输入的连续激光信号进行调制,并将调制后的信号发送至第二调制器3,第二调制器3将输入的脉冲相位编码时钟信号作为调制信号对输入的信号进行再次调制,并将经过脉冲相位编码调制的激光复合调制信号通过光学发射天线4发射激光信号,照射目标;

[0062] 激光回波信号通过光学接收天线5发送至探测器12,探测器12将接收到激光回波信号转换为电信号同时发送至相关器11、第一乘法器9和第二乘法器15,

[0063] 相关器11根据输入的脉冲相位编码时钟信号和电信号输出目标的低分辨率距离信号至计算机13,

[0064] 第一乘法器9将输入的电信号和连续波时钟信号输出混频后的信号至第一低通滤波器10,第一低通滤波器10根据输入的混频后的信号输出第一滤波信号至除法器14 ;

[0065] 第二乘法器15将输入的电信号和余弦连续波解调制混频信号输出混频后的信号至第二低通滤波器16,第二低通滤波器16根据输入的混频后的信号同时输出第二滤波信号至除法器14和鉴频器17;

[0066] 鉴频器17根据输入的第二滤波信号输出多普勒频移信号至计算机13 ;

[0067] 除法器14根据输入的第一滤波信号和第二滤波信输出目标的高分辨率距离信号至计算机13,

[0068] 计算机13根据输入的目标的低分辨率距离信号和目标的高分辨率距离信号进行计算得到目标距离,计算机13根据输入的多普勒频移信号计算得到目标的速度。

[0069] 本实施方式所述连续激光器I发射的激光信号,分别经由第一调制器2、第二调制器3进行正弦连续波和脉冲相位编码复合调制。

[0070] 本实施方式采用了正弦波幅度调制和相位编码脉冲幅度调制两种调制方式对恒定幅度的激光信号进行了信息加载过程。接收器将接收到的信号进行正弦波幅度解调制和相位编码互相关运算,对目标分别进行高精度和低精度测量,所得结果的加和作为目标距离的测量结果。并由正弦波幅度解调制得到目标运动造成的多普勒频移,从而得出目标的运动速度。此方法结合了正弦波幅度调制的分辨率和精度高以及脉冲相位编码方式的测距范围(模糊探测距离)大的优点,同时避免了正弦波幅度调制在高精度测量时具有的模糊探测距离短以及脉冲相位编码方式的低测量精度的缺点。

[0071] 激光雷达系统对光束光强进行了正弦波振幅-脉冲编码复合调制的信号波形。信号的调制方式均为幅度调制,其顺序是一个幅值恒定的信号先经过正弦波幅度调制,再经过脉冲幅度调制,后输出,其调制波形如图2、3和4所示。

[0072] 具体实施方式二、基于本实施方式一所述的激光雷达系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法的区别在于,模拟时钟信号源7将连续波时钟信号B (t)同时发射至第一调制器2、移相器8和第一乘法器9,所述连续波时钟信号B (t)的表达式为

[0073]

Figure CN102798866BD00101

[0074] 其中,Oci表示调幅连续波的角频率、t表示时间、%表示调幅连续波的初始相位;

[0075] 移相器8将输入的连续波时钟信号B⑴进行移相f得到余弦连续波解调制混频

信号B1 (t),输出余弦连续波解调制混频信号B1 (t)至第二乘法器15,所述余弦连续波解调制混频信号B1 (t)的表达式为

[0076]

Figure CN102798866BD00102

[0077] 数字时钟信号源6将加载有m序列的脉冲相位编码时钟信号m(t)同时发送至第二调制器3和相关器11,所述脉冲相位编码时钟信号m(t)的表达式为

[0078]

Figure CN102798866BD00103

[0079] 其中,η表示相位编码序列的第η个周期,i表示在一个相位编码周期内的第i个码字,Ci表示第i个码字的值,取值为Ci=O或1,Ci=I表示发射子脉冲,Ci=O表示不发射子脉冲;T。为m序列码元宽度,且Scojfc ;N表示编码序列的一个周期包含子码的个数;

[0080] 连续激光器I发射幅度恒为A的连续激光信号至第一调制器2,第一调制器2将输入的连续波时钟信号B(t)作为调制信号对输入的连续激光信号进行调制,输出调制后的信号AB(t)至第二调制器3,第二调制器3将输入的脉冲相位编码时钟信号m(t)作为调制信号对输入的信号AB (t)进行调制,获得激光复合调制信号AB (t)m(t),所述激光复合调制信号AB(t)m(t)通过光学发射天线4发射并照射目标;

[0081] 激光回波信号aAB(t-At)m(t-At)通过光学接收天线5发送至探测器12,探测器12将接收到激光回波信号转换为电信号a i3AB(t-At)m(t_At)同时发送至相关器11、第一乘法器9和第二乘法器15,

[0082] 其中,α为激光信号经大气传输和目标反射后的衰减系数,β为探测器转换效率,Δ t为回波信号相对于参考信号的延迟,-Δί) = sin (ω„/ + φ0 + Amt +釣+ 2ηπ),ft+ 2wr表不回波信号与参考信号之间的相位差;科表不由于回波信号相对于连续波参考信号延迟的相位差,2ηπ表不回波信号相对于脉冲编码参考信号之间的相位差,Δω为多普勒频移信号;

[0083] 相关器11根据输入的脉冲相位编码时钟信号m(t)对电信号α β AB(t_Λ t)m(t-At)进行相关处理得到信号延迟时间为At1,由公式(4)得到目标的低分辨率距离信号R1,输出目标的低分辨率距离信号R1至计算机13,[0084]

Figure CN102798866BD00111

[0085] 第一乘法器9将输入的电信号a ^AB(t-At)m(t-At)和连续波时钟信号B(t)进行混频获得混频后的信号B(t).a PAB(t-At)m(t-At),并将所述混频后的信号B(t).a ^AB(t-At)m(t-At)发送至第一低通滤波器10,第一低通滤波器10将输入的混频后的信号B(t).a ^AB(t-At)m(t-At)进行滤波得到第一滤波信号C1 =-cos(A<y/ + ^),并将该第一滤波信号6 =-cos(Aiy/ + <^])发送至除法器14 ;

[0086] 第二乘法器15将输入的电信号α β AB(t-Δ t)m(t-Δ t)和余弦连续波解调制混频信号B1U)进行混频获得混频后的信号BU1).a PAB(t-At)m(t-At),并将混频后的信号BU1).a i3AB(t-At)m(t_At)发送至第二低通滤波器16,第二低通滤波器16将输入的混频后的信号Bai).a ^AB(t-At)m(t-At)进行滤波得到第二滤波信号C2 =-8;1110故+的),同时输出第二滤波信号(:2 =-*(Δωί +例)至除法器14和鉴频器17 ;

[0087] 鉴频器17根据输入的第二滤波信号C2处理得到多普勒频移信号Λ ω,输出多普勒频移信号Λ ω至计算机13 ;

[0088] 除法器14将输入的第一滤波信号C1和第二滤波信号C2根据公式(5)进行运算,得到相位延迟信号I将相位延迟信号炉代入公式(6),在根据公式炉=八& +的将公式(6)改写成公式(7),得到目标的高分辨率距离信号R2,根据连续波相位测距法原理和公式(8),可得该信号R2的时间分辨率为Λ R,并将目标的高分辨率距离信号R2发送至计算机13,

[0089]

Figure CN102798866BD00112

[0093] SNR (signal-to-noise ratio)表不系统信噪比,

[0094]

Figure CN102798866BD00113

[0095] 其中,S表不信号强度,N表不噪声强度。

[0096] 计算机13将输入的目标的低分辨率距离信号R1和目标的高分辨率距离信号R2根据公式(9)进行计算得到目标距离R,计算机13将输入的多普勒频移信号Λω根据公式

(10)计算得到目标运动速度V,

Figure CN102798866BD00114

[0099] 具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式二所述的激光雷达系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法的区别在于,调幅连续波的角频率Oci的量级为IO7〜IO8O

[0100] 本具体实施方式的调幅连续波信号的频率与相位编码脉冲信号的角频率COtl的量为IO7〜108,而系统的鉴频器只需要鉴别较低的多普勒频移信号Λ ω,量级约为10卜102,降低鉴频器的技术难度,且使雷达具有较高的速度分辨率。

[0101] 本系统的工作过程为:首先模拟时钟信号源7的模拟时钟信号输出给第一调制器2,将激光器(I)发射的恒幅度连续激光调制成正弦调制的连续波激光信号,数字时钟信号源6的数字时钟信号输出给第二调制器3,将正弦调制的连续波激光信号调制成复合的相位编码脉冲激光信号,再经光学发射天线4向目标发射激光信号。光学接收天线5和探测器12接收激光回波信号。探测器12的输出信号在相关器11中与数字时钟信号源6输出的相位编码调制参考信号进行相关运算,输出到计算机13中计算目标低分辨率的位置信号札。探测器12的输出信号在第一乘法器9中与模拟时钟信号源7输出的正弦连续波解调制混频信号进行混频,经第一低通滤波器10滤波后,输出信号C1 =-cos(A故_f </>)..探测器12的输出信号在第二低通滤波器(15)中与移相器8输出的余弦连续波解调制混频信号进行混频,经第二低通滤波器16滤波后,输出信号C2 = -sin( Δω/ +科)发送至鉴频器17和除法器14。鉴频器17输出多普勒频移信号Λω到计算机13中,计算机13计算目标的速度信号。除法器14将两个信号进行相除,得到信号R2,输出至计算机13。在计算机13中,计算目标距离为R=Ri+R2。

[0102] 本发明中激光器(I)可以采用中心波长λ=532ηπκ功率为IW的半导体激光器,第一调制器2和第二调制器3可以采用声光调制器,电光调制器或MZM调制器,探测器采用PIN探测器,探测器的上升时间1ns,下降时间1ns,灵敏度0.45A/W。正弦连续波调制信号的周期为10ns。数字调制信号采用的12级4096位的m序列,序列周期为40.96 μ s,子码宽度为10ns。

Claims (3)

1.激光雷达系统,其特征在于:它包括连续激光器(I)、第一调制器(2)、第二调制器(3)、光学发射天线(4)、光学接收天线(5)、数字时钟信号源(6)、模拟时钟信号源(7)、移相器(8)、第一乘法器(9)、第一低通滤波器(10)、相关器(11)、探测器(12)、计算机(13)、除法器(14)、第二乘法器(15)、第二低通滤波器(16)和鉴频器(17), 模拟时钟信号源(7)将连续波时钟信号同时发射至第一调制器(2)、移相器(8)和第一乘法器(9), 移相器(8)将输入的连续波时钟信号输出余弦连续波解调制混频信号至第二乘法器(15), 数字时钟信号源(6)将脉冲相位编码时钟信号同时发送至第二调制器(3)和相关器(11), 连续激光器(I)发射连续激光信号至第一调制器(2),第一调制器(2)将输入的连续波时钟信号作为调制信号对输入的连续激光信号进行调制,并将调制后的信号发送至第二调制器(3),第二调制器(3)将输入的脉冲相位编码时钟信号作为调制信号对输入的信号进行再次调制,并将经过脉冲相位编码调制的激光复合调制信号通过光学发射天线(4)发射激光信号,照射目标; 激光回波信号通过光学接收天线(5)发送至探测器(12),探测器(12)将接收到激光回波信号转换为电信号同时发送至相关器(11)、第一乘法器(9)和第二乘法器(15), 相关器(11)根据输入的脉冲相位编码时钟信号和电信号输出目标的低分辨率距离信号至计算机(13), 第一乘法器(9)将输入的电信号和连续波时钟信号输出混频后的信号至第一低通滤波器(10),第一低通滤波器(10)根据输入的混频后的信号输出第一滤波信号至除法器(14); 第二乘法器(15)将输入的电信号和余弦连续波解调制混频信号输出混频后的信号至第二低通滤波器(16),第二低通滤波器(16)根据输入的混频后的信号同时输出第二滤波信号至除法器(14)和鉴频器(17); 鉴频器(17)根据输入的第二滤波信号输出多普勒频移信号至计算机(13); 除法器(14)根据输入的第一滤波信号和第二滤波信输出目标的高分辨率距离信号至计算机(13), 计算机(13)根据输入的目标的低分辨率距离信号和目标的高分辨率距离信号进行计算得到目标距离,计算机(13)根据输入的多普勒频移信号计算得到目标的速度。
2.基于权利要求1所述激光雷达系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法,其特征在于: 模拟时钟信号源(7)将连续波时钟信号B(t)同时发射至第一调制器(2)、移相器(8)和第一乘法器(9),所述连续波时钟信号B(t)的表达式为B(() = sin(a0t + φ0) Cl) 其中,COci表示调幅连续波的角频率、t表示时间、%表示调幅连续波的初始相位; 移相器(8)将输入的连续波时钟信号B(t)进行移相得到余弦连续波解调制混频信号B1 (t),输出余弦连续波解调制混频信号B1 (t)至第二乘法器(15),所述余弦连续波解调制混频信号B1U)的表达式为
Figure CN102798866BC00031
数字时钟信号源(6)将加载有m序列的脉冲相位编码时钟信号m(t)同时发送至第二调制器(3)和相关器(11),所述脉冲相位编码时钟信号m(t)的表达式为
Figure CN102798866BC00032
其中,η表示相位编码序列的第η个周期,i表示在一个相位编码周期内的第i个码字,Ci表示第i个码字的值,取值为Ci=O或1,Ci=I表示发射子脉冲,Ci=O表示不发射子脉冲;Tc为m序列码元宽度,且2 ;N表示编码序列的一个周期包含子码的个数; 连续激光器(I)发射幅度恒为A的连续激光信号至第一调制器(2),第一调制器(2)将输入的连续波时钟信号B(t)作为调制信号对输入的连续激光信号进行调制,输出调制后的信号AB(t)至第二调制器(3),第二调制器(3)将输入的脉冲相位编码时钟信号m(t)作为调制信号对输入的信号AB⑴进行调制,获得激光复合调制信号AB (t)m(t),所述激光复合调制信号AB(t)m(t)通过光学发射天线(4)发射并照射目标; 激光回波信号aAB(t-At)m(t-At)通过光学接收天线(5)发送至探测器(12),探测器(12)将采集的激光回波信号aAB(t-At)m(t_At)转换为电信号a ^AB(t-At)m (t- Λ t)同时发送至相关器(11)、第一乘法器(9 )和第二乘法器(15), 其中,a为激光信号经大气传输和目标反射后的衰减系数,β为探测器转换效率,At为回波信号相对于参考信号的延迟,(/ - Δί) = sin(iyj +灼+ +蚵+ 2ηπ) ,φ} + 2ηπ衰示回波信号与参考信号之间的相位差;例表示由于回波信号相对于连续波参考信号延迟的相位差,2ηπ表示回波信号相对于脉冲编码参考信号之间的相位差,Λ ω为多普勒频移信号; 相关器(11)根据输入的脉冲相位编码时钟信号m(t)对电信号a ^AB(t-At)m(t-At)进行相关处理得到信号延迟时间为At1,由公式(4)得到目标的低分辨率距离信号R1,输出目标的低分辨率距离信号R1至计算机(13),
Figure CN102798866BC00033
第一乘法器(9)将输入的电信号a i3AB(t-At)m(t_At)和连续波时钟信号B(t)进行混频获得混频后的信号B(t).a PAB(t-At)m(t-At),并将所述混频后的信号B(t).aAB(t-At)m(t-At)发送至第一低通滤波器(10),第一低通滤波器(10)将输入的混频后的信号B(t).a ^AB(t-At)m(t-At)进行滤波得到第一滤波信号C1 =-cos(Δω/+ (P1),并将该第一滤波信号<^ =-cos(AiyZ + <^)发送至除法器(14); 第二乘法器(15)将输入的电信号a i3AB(t-At)m(t-At)和余弦连续波解调制混频信号B1U)进行混频获得混频后的信号BU1).a 3AB(t-At)m(t-At),并将混频后的信号Bai).a i3AB(t-At)m(t_At)发送至第二低通滤波器(16),第二低通滤波器(16)将输入的混频后的信号Bai).a ^AB(t-At)m(t-At)进行滤波得到第二滤波信号C2 = -^(Δ敁+奶),同时输出第二滤波信号Q=_Sin(A故+例)至除法器(14)和鉴频器(17); 鉴频器(17)根据输入的第二滤波信号C2处理得到多普勒频移信号△ ω,输出多普勒频移彳目号Δ ω至计算机(13); 除法器(14)将输入的第一滤波信号C1和第二滤波信号C2根据公式(5)进行运算,得到相位延迟信号将相位延迟信号炉代入公式(6),在根据公式^ = + 将公式(6)改写成公式(7),得到目标的高分辨率距离信号R2,根据连续波相位测距法原理和公式(8),可得该信号R2的时间分辨率为AR,并将目标的高分辨率距离信号R2发送至计算机(13),
Figure CN102798866BC00041
其中,SNR表示系统信噪比; 计算机(13)将输入的目标的低分辨率距离信号R1和目标的高分辨率距离信号R2根据公式(9)进行计算得到目标距离R,计算机(13)将输入的多普勒频移信号Λ ω根据公式(10)计算得到目标运动速度V,
Figure CN102798866BC00042
3.根据权利要求2所述基于激光雷达系统的正弦调幅-脉冲相位编码调制的复合测距和测速方法,其特征在于:调幅连续波的角频率Qci的量级为IO7~108。
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