CN104597452A

CN104597452A - 对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法

Info

Publication number: CN104597452A
Application number: CN201310531236.3A
Authority: CN
Inventors: 舒嵘; 吴军; 洪光烈
Original assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-05-06

Abstract

本发明公开对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标方法。该方法通过啁啾信号对激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行处理而获得发射信号、第一本振信号和第二本振信号，通过回波信号分别与第一本振信号和第二本振信号相干而计算回波信号分别与第一本振信号和第二本振信号的差频中距离造成的频率变化的频率差值的固定部分和速度造成的多普勒频移，通过计算出目标速度，通过计算出，并根据计算出以及和求出距离，回波信号与第一本振信号、第二本振信号分别相干，相互组合的结果使得被探测目标的激光飞行距离的动态范围达到整个对称三角线性调频调制周期所对应的距离，本发明使得雷达的探测距离的动态范围相对于现有技术增大了一倍。

Description

对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法

技术领域

本发明涉及相干激光雷达，尤其涉及一种双对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，该方法能探测远距离目标的距离信息、速度信息，还能以大于飞行时间约束限制的高探测重复频率（DRF）进行探测。

背景技术

请参阅图1，现行高精度测速激光雷达采用相干体制，通过分析回波信号中频率的变化，推算速度造成的多普勒频移。对于相干体制的测距雷达，通常使用线性调频信号（LFM信号，即啁啾信号）调制激光雷达的激光信号而获得对称三角线性调频信号，图1示意出了这样的三角线性调频信号，在图1中，：啁啾调制带宽；：一个对称三角线性调频（STLFM）的调制周期；：频率调制速度（斜率）；：线性调频上变频或者下变频所用时间，该对称三角线性调频信号作为雷达的发射信号通过发射天线向目标发射，然后，通过分析本振激光信号和目标发射所述对称三角线性调频信号而获得的回波信号因飞行时间造成的延迟导致的频率差实现测距。

现有对称三角线性调频连续波激光雷达仅能探测距离动态范围小于的范围内的目标，其中，为一个STLFM调制周期对应的飞行距离。当探测目标飞行距离动态范围大于时，回波信号和本振信号会存在同一个变频方向的线性调频部分不能重叠的可能，不能得出稳定的差频信号，所以，探测目标飞行距离动态范围小于。而对于延长调制周期T以增加探测距离动态范围，则回波需要采集大量的数据点作频谱分析，实现并不现实。

发明内容

本发明解决的问题是现有的对称三角线性调频连续波激光雷达只能够探测飞行距离动态范围小于内的目标的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，在雷达设定的激光飞行距离动态范围小于时，其中，为发射信号中一个对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的飞行距离，该方法包括如下步骤：通过啁啾信号对激光雷达产生的激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行处理而获得发射信号、第一本振信号和第二本振信号，其中，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为或相对于第一本振信号有相移；通过所述激光雷达向目标发射所述发射信号而获得回波信号，获得回波信号分别与第一本振信号频率差值中距离造成的频率变化的固定部分以及第二本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，分别根据而解算出对应的和对应的并根据、和而获得真实距离，其中，为一个对称三角线性调频的周期，并且有。

在一种具体实施方案中，所述延时或第二本振信号相对第一本振信号的相移是180度。

在进一步方案中，所述方法还获得回波信号中多普勒效应导致的频率变化值，根据而获得目标的速度。

本发明还公开另一种对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，在雷达设定的激光飞行距离动态范围大于时，其中，为发射信号中一个对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的飞行距离，该方法包括如下步骤：通过啁啾信号对激光雷达产生的激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行处理而获得发射信号和第一本振信号和第二本振信号；先以周期发射所述发射信号而获得第一回波信号，此时，第二本振信号相对于第一本振信号延时为或相对第一本振信号有相移，再以周期发射所述发射信号而获得第二回波信号，此时，第二本振信号相对于第一本振信号延时为或相对第一本振信号有相移，获得第一回波信号与第一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分以及与频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，第二回波信号与第一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分和与第二本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，根据以及计算而获得真实距离，其中，为周期是发射信号中对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的距离，，为发射信号飞行距离中完整的的个数，为周期是的发射信号中对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的距离，，为发射信号飞行距离中完整的的个数，是激光光速，解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中，为调制周期为时的调制带宽；解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中，为调制周期为时的调制带宽。

在一种具体实施方案中，雷达设定的探测距离动态范围的最大值满足。

在一种具体实施方案中，所述延时或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度；所述延时为或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度。

本发明还公开另一种对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，在雷达设定的激光飞行距离动态范围大于时，其中，为对称三角线性调制信号一个调制周期对应的飞行距离，该方法包括如下步骤：通过第一啁啾信号对激光雷达产生的波长为的第一激光信号进行调制而获得周期为的第一调制信号，对第一调制信号进行处理而获得第一分频信号、第一本振信号和第二本振信号，其中，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为或相对第一本振信号有相移；通过第二啁啾信号对激光雷达产生的波长为（）的第二激光信号进行调制而获得周期为的第二调制信号，对第二调制信号进行分频而获得第二分频信号、第三本振信号和第四本振信号，其中，第四本振信号相对于第三本振信号的延时为或相对第三本振信号有相移；对第一分频信号和第二分频信号进行耦合而获得发射信号，通过所述连续波雷达发射该发射信号而获得回波信号，获得回波信号与第一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分、与第二本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分、与第三本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分和与第四本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，根据以及计算而获得真实距离，其中，为周期是发射信号中一个对称三角线性调制周期对应的距离，，为发射信号飞行距离中完整的的个数，为周期是的对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的距离，，m为发射信号飞行距离中完整的的个数，是激光光速，为多普勒效应导致的频率变化值，解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中，为调制周期为时的调制带宽；解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中，为调制周期为时的调制带宽。

在一种具体实施方案中，所述延时或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度；所述延时为或者第四本振信号相对于第三本振信号的相移为180度。

在进一步方案中，所述第二激光信号的波长与第一激光信号的波长满足nm且第一激光信号和第二激光信号之间的频率差大于探测器响应带宽。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、由于本发明通过激光信号而获得发射信号、第一本振信号和第二本振信号，通过获得回波信号分别与第一本振信号和第二本振信号的频差中距离距离造成的频率变化的频率差值，根据而求出，并根据计算出以及和求出距离，根据可以确定出回波信号与第一本振信号混频还是与第二本振信号混频（也就是采用第一本振信号Aloa和第二本振信号Alob（双本振）分别与回波信号相干的方式），这样，相互组合的结果使得可探测距离的动态范围达到整个对称三角线性调频调制周期所对应的距离，所以，本发明使得雷达的探测飞行距离的动态范围相对于现有技术增大了一倍，并且在整个动态范围内的回波信号与本振信号有较好的重叠比例，使得频谱分析出的结果的信噪比都比较好；另外，本方法还可以探测出目标的速度。

2、先以周期发射所述发射信号而获得第一回波信号并使得第二本振信号相对于第一本振信号延时为或者有相移，再以周期发射所述发射信号而获得第二回波信号并使得第二本振信号相对于第一本振信号延时为或者有相移（双调制），再根据以及计算而获得真实距离，并在该过程中，仍然使用第一本振信号和第二本振信号（双本振）来解算和，这样，在双本振和双调制的方式相结合使得探测的距离更远，动态范围更大。在具体的实施方式中，或者相移为180度以及或者相移为180度使得回波信号可以和本振信号在线性调频阶段可以做到很好的重叠，在探测器上有较长的一段时间可以得出回波信号和本振信号的固定的差频，探测效果最好，对回波能量的利用率较高；另外，本方法还可以探测出目标的速度。

3、以波长为的第一激光信号和波长为的第二激光信号为基础而获得发射信号、以波长为周期为的第一激光信号为基础获得第一本振信号和第二本振信号，以波长为周期为的第二激光信号为基础获得第三本振信号和第四本振信号，将回波信号分别与第一本振信号、第二本振信号、第三本振信号和第四本振信号混频而获得各自的频差中距离距离造成的频率变化的频率差值，进而，根据频率差值计算出对应的，再由第一本振信号、第二本振信号得出的计算出并得出，再由第三本振信号、第四本振信号得出的计算出并得出，再由以及计算而获得真实距离，由于、的计算是同时进行的，可以实现高重频的探测，探测的效率高，对时间的利用率较高；另外，本方法还可以探测出目标的速度。

4、本发明采用在频域进行调制的相干探测体制，降低了对远距离目标探测的信噪比要求，降低了系统发射功率的需求，可以实现雷达整机的轻量化。

附图说明

图1是现有技术中对称三角线性调频示意图，是信号频率随时间变化的曲线；

图2是本发明对称三角线性调频连续波激光雷达的测距方法第一实施方式的原理框图；

图3是相干探测中两个STLFM波形重叠及频率差示意，上半部分为对称三角线性调频信号，下半部分为这些信号的差频，均是信号的频率随时间的变化情况；

图4a是同相相干、反相相干过程中，未考虑速度造成的多普勒频移的相干频差与的关系示意图，在图4a中，①为同相相干下变频频差、②为同相相干上变频频差、③为反相相干下变频频差、④为反相相干上变频频差、⑤为同相相干下变频频差、⑥为同相相干上变频频差；图4b是回波信号分别与第一本振信号和第二本振信号在时间域在单边线性调制时间内具有有效的重叠时间占单边线性调制时间的比例的示意图；

图5是本发明对称三角线性调频连续波激光雷达的测距方法的第二实施方式的原理框图；

图6是本发明对称三角线性调频连续波激光雷达的测距方法的第三实施方式的原理框图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图2，本发明对称三角线性调频连续波激光雷达的测距方法的第一实施方式适用于在雷达设定的激光飞行距离动态范围小于，其中，为STLFM调制信号的一个调制周期T对应的飞行距离，该方法包括如下步骤：

S1、通过啁啾信号对激光雷达产生的激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行处理而获得发射信号、第一本振信号和第二本振信号，其中，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为或者相对于第一本振信号有相移；在该步骤中，如何对调制信号进行处理而获得发射信号、第一本振信号Aloa和第二本振信号Alob可以采用已有成熟技术，比如，现将激光信号和啁啾信号通过声光调制器（AOM或Acousto-optical Modulators）而获得调制信号，将该调制信号通过光功分器（也称之为光学分束器）O₁进行分频而获得第一分频信号和第二分频信号，对第一分频信号通过光功分器O₂进行分频而获得第一本振信号Aloa和发射信号，对第二分频信号进行延时而获得第二本振信号Alob。为了确保在时间域的任何情况下使回波信号与第一本振信号或第二本振信号中至少有一个在单边线性调制时间内具有较长的重叠时间，在实际设计中，或第二本振信号与第一本振信号的相移差设定为180o。

S2、通过所述激光雷达向目标发射所述发射信号而获得回波信号，获得回波信号分别与第一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分以及第二本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分（图3所示的包括倾斜部分和水平部分，所述固定部分是指水平部分，或者是指其水平部分，其他实施方式中，固定部分也是指水平部分），根据而解算出对应的和对应的并根据、和而获得真实距离，其中，为对称三角线性调频的调制带宽，为线性调频时上变频或下变频的调制时间，为一个对称三角线性调频的周期，并且有。

请参阅图3和图4a、图4b并结合图2，对该步骤S2详细说明如下：雷达如何获得回波信号可以采用已有成熟技术，在此不再赘述。在图3中，为发射信号的频率、为本振信号，为经距离延时导致频率变化的回波信号、为经距离延时导致频率变化和多普勒频移的回波信号、为回波信号和本振信号的差频、为回波信号和本振信号的差频、为在本振信号下变频阶段回波信号与本振信号的频率差值中的固定部分、为多普勒效应导致的频率变化值、为回波信号STLFM中心位置与本振信号STLFM位置中心在时间上的偏差，设在一个调制周期T内，回波信号晚于本振信号时为正值，回波信号早于本振信号时为负值。从因果关系看，是先有距离延时，再造成回波信号和本振信号在频率上的差值变化。首先，结合图2至图4说明本发明的原理如下：

请继续参阅3、图4a和图4b，图3所示为回波信号与第一本振信号Aloa或第二本振信号Alob相干探测的示意。回波信号和本振信号（第一本振信号、第二本振信号）经过耦合器，再经平衡探测器，响应两束光之间的差频，称之为“相干”过程。当较小时，回波信号可以和本振信号在线性调频阶段可以做到较好的重叠，在探测器上有较长的一段时间可以得出回波信号和本振信号的固定的差频，进行频谱分析时，可以得到较高的信噪比及谱分辨率。原则上都能产生一段固定的频率差，但较大时得到的频谱较差，实际使用时只有（对应于频率是）的频谱才较理想，所以，本发明中，、以及。数据处理时频率分析系统可以区分出本振信号和回波两个信号的频率的大小及差频，即频率差值具有大小及正负特性，可以通过使用采用90o光桥接器和平衡探测器的I/Q正交探测系统实现或者在本振或者发射信号上叠加一个固定的中频实现。取频率分析结果为回波信号的频率减去本振信号的频率，即。在本发明中，将回波信号与第一本振信号Aloa相干称之为“同相相干”，将回波信号与第二本振信号Alob相干称之为“反相相干，同样的道理，回波信号与第三本振信号相干称为“同相相干”，与第四本振信号相干称之为“反相相干”。

回波信号减去本振信号的频率而获得的差频包括回波信号和本振信号中STLFM信号在时间上的相对位置造成的部分和速度造成的部分。在本实施方式中，为回波信号的频率，为本振信号的频率，则对于本振信号在上变频阶段有

（1）

本振信号在下变频阶段为

（2）

因为线性调频的线性关系，频率差值为

（3）

而应用时，是先测出后求，即式（4）。

（4）

另外再考虑到速度造成的频率移动，即多普勒频移，其中为激光波长，为目标相对于雷达激光视线方向的速度。在经过多普勒效应的回波信号上表现为。这里频率可能为正，也可能为负，当目标速度是面向雷达时，速度设为正，多普勒频率为正；目标背离雷达运动时，速度设为负，多普勒频率为负。则对于本振信号上变频阶段有式（5），其中，为回波信号的频率，为本振信号的频率：

（5）

对于本振频率下变频阶段有式（6）：

（6）

由式（5）、式（6）可解得式（7）

（7）

则目标速度和频率变化表现出的时间如式（8）

（8）

考虑到频谱分析出信号的质量，限定式（8）中，即，其动态范围为，为一个STLFM周期的一半。为达到更大的动态范围，本实施方式使用两个本振信号（第一本振信号和第二本振信号），如图2所示，第二本振信号Alob与第一本振信号Aloa相差时间。取其中回波信号某个STLFM波形与第一本振信号Aloa的STLFM波形中心位置重合时为的零点，如图4所示。在图4中，在时间轴上以框标注了回波信号这个STLFM波形与第二本振信号Alob的STLFM波形的相对位置。结合式（3），得出同相相干（Aloa与回波信号相干）、反相相干（Alob与回波信号相干）过程中，延迟造成的回波-本振信号的频差关系，如图4（a）。同时根据重叠的比例，得出图4（b）中有效重叠比例。因为的周期性，回波信号中当前一个STLFM中心点对于Aloa中的一个STLFM中心点的延迟为，但是其对于Aloa中另外一个STLFM中心点的延迟可能为或者。通过这种周期关系，将同相相干、反相相干通过式（8）解算出来的限定在之间。设为回波信号与同相相干本振Aloa中STLFM中心点的偏差，其值动态范围为限定在一个调制周期内，即属于。则

（9）

因为Alob相对于Aloa在时间上延迟或者有相移（在本实施方式中），故式（9）中，三个分条件计算的式子，只会出现其中一种情况，计算不会冲突。其中与同相相干或者反相相干的的关系，可以根据式（9），通过式（3）或公式（4）推算出来。而对应的飞行距离的动态范围为，即式（10）。

（10）。

以上述原理为基础，结合图2说明本发明的第一实施方式如下：

雷达在处理时，分别通过第一本振Aloa、第二本振Alob的上变频阶段、下变频阶段触发，采集回波信号与第一本振信号Aloa和第二本振信号Alob上变频阶段、下变频阶段的数据，并进行频谱分析，当频谱分析后滤除环境特定干扰后的频谱谱线SNR超过预设阈值时（该阈值根据实际系统设计时设定），则选用该种相干方式。在超过阈值时，会出现如下两种情况：

1、同相相干或者反相相干中只有一种相干方式的频谱谱线超过预设阈值，此种情况下，根据式（7）得出和，又因频谱较清晰，而清晰的结果必须要有较高的LFM重叠比例，则通过式（8）得出速度和，再通过式（9）计算出，进而通过式（10）计算出一个周期内的相对距离，然后求出真实距离。

2、同相相干和反相相干两者的频谱谱线均超过预设阈值，此种情况下，回波信号与第一本振信号解算出来的，回波信号与第二本振信号解算出来的中，根据和公式（4）可以求出（同相相干）以及根据和公式（4）可以求出（反相相干），和中仅有一个符合公式9中的条件。如果是符合条件，则，根据该所在的区间并结合公式（9）解算出，进而，计算出真实距离；如果是符合条件，则，根据公式（9）中的、及而获得真实距离。

需要说明的是和与原理部分的含义和计算方式相同，只是为了叙述方便，用表示回波信号与第一本振信号计算出的，用表示回波信号与第二本振信号计算出的。

上述实施方式中，由于采用回波信号分别与第一本振信号和第二本振信号混频，然后解算出，进而求出真实距离，这种方式中，回波信号与第一本振信号、第二本振信号分别相干，与第一本振信号可以探测飞行距离动态范围在内的目标，与第二本振信号相干可以探测飞行距离动态范围在内的目标，整个可以探测小于动态范围的目标，所以，采用第一本振信号Aloa和第二本振信号Alob构成的双本振分别与回波信号相干的方式使得雷达的探测距离的动态范围相对于现有技术增大了一倍，相互组合的结果使得可探测距离的动态范围达到整个对称三角线性调频调制周期所对应的距离。上述以第二本振相对于第一本振信号有延时或者相移为例进行说明，为了使得回波信号可以和本振信号在线性调频阶段可以做到很好的重叠，在探测器上有较长的一段时间可以得出回波信号和本振信号的固定的差频，探测效果最好，对回波能量的利用率较高，在一种具体的实施方式中或者相移为180度（此时，公式（9）中的，也就是。另外，在上述实施方式中，还可以获得回波信号中多普勒效应导致的频率变化值，根据而获得目标的速度。另外，当有相移时，将相移转化为延时进行计算，仍然采用前述公式。

请继续参阅图5并结合图2，为了使得雷达的探测距离的动态范围大于，本发明公开第二实施方式。在该实施方式中，通过啁啾信号对激光雷达产生的激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行处理而获得发射信号和第一本振信号和第二本振信号；先以周期发射所述发射信号而获得第一回波信号，此时，第二本振信号相对于第一本振信号延时为或者相对于第一本振信号的相移为180度，再以周期发射所述发射信号而获得第二回波信号，此时，第二本振信号相对于第一本振信号延时为或者相对于第一本振信号的相移为180度。获得第一回波信号与第一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分和与第二本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，第二回波信号与第一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分和与第二本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，根据以及计算而获得真实距离，其中，为周期是发射信号中一个对称三角线性调制信号对应的距离，，为发射信号飞行距离中完整的的个数，为周期是的发射信号中对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的距离，，为发射信号飞行距离中完整的的个数，是激光光速。解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中为调制周期为时线性调频上变频或者下变频所用时间，为调制周期为时的调制带宽。解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中，为调制周期为时的调制带宽。

在该实施方式中，、、和与原理部分的含义和计算方式相同。由第一回波信号与第一本振信号Aloa和第二本振信号Alob解算出的对应的和对应的中仅有一个满足条件而使得回波信号要么与第一本振信号Aloa混频而计算出，要么与第二本振信号Alob混频而计算出，同样的道理，第二回波信号要么与第一本振信号Aloa混频而计算出，要么与第二本振信号Alob混频而解算出。在该实施方式中，按照如下方式求解：

通过最大探测距离的约束，可以有效解析出、的值，得出最终距离。为表述方便，不妨设（，），即，在设计系统可探测最大距离时，应确保只存在以下两种情况，以避免解析时得出多个距离值。

1）、时，应是，即式（20）

（20）

可解得式（21）

（21）

由式（21）结果，代入式（20），即可得出真实的探测距离。式中表示是向最近的整数取整。

2）、时，应是，即式（22）

（22）

可解得式（23）

（23）

由式（23）结果，代入式（22），即可得出真实的探测距离。

最远可探测距离约束S_max可以作式（24）约束，以确保探测出的距离只会出现上面两种情况。

（24）。

在该第二实施方式中，为了更好的效果，所述延时或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度；所述延时或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度。当然，上述实施方式中，仍然可以根据而获得目标的速度。

上述第二实施方式虽然使得雷达的探测距离的动态范围相对于现有技术增更大（不止增大1倍），实现对远距离目标的探测，但是，不能实现对远距目标的高重复频率探测。为了实现对远距离目标的高重复频率探测，本发明公开了第三实施方式。请参阅图6，该实施方式中包括如下步骤：

S1、通过第一啁啾信号对激光雷达产生的波长为的第一激光信号进行调制而获得周期为的第一调制信号，对第一调制信号进行处理而获得第一分频信号、第一本振信号Aloa和第二本振信号Alob，其中，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为或相对第一本振信号有相移；

S2、通过第二啁啾信号对激光雷达产生的波长为的第二激光信号进行调制而获得周期为的第二调制信号，对第二调制信号进行分频而获得第二分频信号、第三本振信号Bloa和第四本振信号Blob，其中，第四本振信号相对于第三本振信号的延时为或相对第三本振信号有相移；

S3、对第一分频信号和第二分频信号进行耦合而获得发射信号，通过所述连续波雷达发射该发射信号而获得回波信号，获得回波信号与第一本振信号Aloa的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分、与第二本振信号Alob的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分、与第三本振信号Bloa的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分和与第四本振信号Blob的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，根据以及计算而获得真实距离，，其中，为周期是发射信号中对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的距离，，为发射信号飞行距离中完整的的个数，为周期是的发射信号中一个对称三角线性调制周期对应的距离，，m为发射信号飞行距离中完整的的个数，是激光光速。解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中，为调制周期为时的调制带宽。解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中，为调制周期为时的调制带宽。

在上述实施方式中，需要说明的是、、和与原理部分的含义和计算方式相同。的解算方式如第二实施方式所述，在此不再赘述。所述延时为或者第四本振信号相对于第三本振信号的相移为180度。上述实施方式中，发射信号包含波长为和的信号，因为这两种波长频率差大于探测器带宽，则回波信号中波长的信号只与波长的第一本振信号Aloa或第二本振信号Alob相干而得出速度和距离；回波信号中波长的信号只与波长的第三本振信号Bloa或第四本振信号Blob相干而得出速度和距离，另外由于、波长很接近，在本实施方式中，所述第二激光信号的波长与第一激光信号的波长满足nm且第一激光信号和第二激光信号之间的频率差大于探测器响应带宽，这样，使得速度在两个波长上的多普勒频移几乎一致，故前文中得到的多普勒频移均为。当然，也并不需要明确地要求、波长很接近，在这种情况下，则因，两个波长不一样，得到的多普勒频移也就不一样，即、，但速度的计算结果是一样的。这种情况下的推算公式仅速度一项和原来、波长很接近的情况不一样，选用或解算速度均可。

对远距离目标，尤其是运动目标进行探测时，由于目标位置与光束指向位置存在偏移，需要在一定空间范围内进行覆盖式扫描探测，如在1ms内对一空间范围内进行N×N点扫描，则存在一个扫描重频。但光束飞行时间限制了脉冲探测的可重复频率，如目标探测距离为S，则飞行时间如式（25），系统允许的可重复频率PRF如式（26）

（25）

（26）

在该第三实施方式中，每个周期内可以得出一个距离，同样每个周期内也可得出一个距离，则由、可推算出真实距离。再根据距离值即可反推算出发射信号所发射时的时间和扫描角度。则该方式可以达到的探测重复频率DRF如式（27）：

（27）

举例对比而言，对于调制周期的STLFM信号，其对应的飞行距离，则对于通常做法中只有一个相干的过程，其可探测飞行距离（为真实距离S的2倍）的动态范围。将反相相干延迟设定为，则结合反相相干，则可探测的飞行距离的动态范围。

对于更远距离探测，采用双调制的方式。设，则其对应的飞行距离。最大可探测飞行距离为如式（28）

（28）

而，对于整个系统的测距精度，则要求比90m要高，这比较容易做到。而对于更远距离的探测，则只需要使得更小即可实现。对于该参数，允许的探测重复频率经式（27）计算为，而对于100km，脉冲探测所允许的重复频率经式（26）计算可得，对于300km，脉冲探测所允许的重复频率经式（26）计算为。可见，使用该系统方法，对于远距离可以实现相当高的探测重复频率。

Claims

1.对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：在雷达设定的激光飞行距离动态范围小于时，其中，为对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的飞行距离，该方法包括如下步骤：

通过啁啾信号对激光雷达产生的激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行处理而获得发射信号、第一本振信号和第二本振信号，其中，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为或相对于第一本振信号有相移；

通过所述激光雷达向目标发射所述发射信号而获得回波信号，获得回波信号分别与第一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分以及第二本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，分别根据而解算出对应的和对应的并根据、和而获得真实距离，其中，为对称三角线性调频的调制带宽，为一个对称三角线性调频的调制周期，并且有。

2.如权利要求1所述的对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：所述延时或第二本振信号相对第一本振信号的相移是180度。

3.如权利要求1或2所述的的对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：所述方法还获得回波信号中多普勒效应导致的频率变化值，根据而获得目标的速度。

4.对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：在雷达设定的激光飞行距离动态范围大于时，其中，为对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的飞行距离，该方法包括如下步骤：

通过啁啾信号对激光雷达产生的激光信号进行调制而获得调制信号，对调制信号进行处理而获得发射信号和第一本振信号和第二本振信号；

先以周期发射所述发射信号而获得第一回波信号，再以周期发射所述发射信号而获得第二回波信号，在以周期发送发射信号时，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为或相对第一本振信号有相移，在以周期发送发射信号时，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为或相对第一本振信号有相移，获得第一回波信号与第一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分以及与第二本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，第二回波信号与第一本振信号的频率差值中距离造成的频率变化的固定部分以及与第二本振信号频率差值中距离造成的频率变化的固定部分，根据以及计算而获得真实距离，其中，为周期是发射信号中一个对称三角线性调制信号对应的距离，，为发射信号飞行距离中完整的的个数，为周期是的发射信号中一个对称三角线性调制信号的调制周期对应的距离，，为发射信号飞行距离中完整的的个数，是激光光速，

解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中，为调制周期为时的调制带宽；

解算的具体过程如下；根据而解算出对应的和对应的并根据、而计算出，其中，为调制周期为时的调制带宽。

5.如权利要求4所述的对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：雷达设定的探测距离动态范围的最大值满足。

6.如权利要求4所述的对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：所述延时或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度；所述延时或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度。

7.如权利要求4至6中任何一项所述的的对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：所述方法还获得回波信号中多普勒效应导致的频率变化值，根据而获得目标的速度。

8.对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：在雷达设定的激光飞行距离动态范围大于时，其中，为对称三角线性调制信号的一个调制周期对应的飞行距离，该方法包括如下步骤：

通过第一啁啾信号对激光雷达产生的波长为的第一激光信号进行调制而获得周期为的第一调制信号，对第一调制信号进行处理而获得第一分频信号、第一本振信号和第二本振信号，其中，第二本振信号相对于第一本振信号的延时为或相对第一本振信号有相移；

通过第二啁啾信号对激光雷达产生的波长为（）的第二激光信号进行调制而获得周期为的第二调制信号，对第二调制信号进行分频而获得第二分频信号、第三本振信号和第四本振信号，其中，第四本振信号相对于第三本振信号的延时为或相对第三本振信号有相移；

对第一分频信号和第二分频信号进行耦合而获得发射信号，通过所述连续波雷达发射该发射信号而获得回波信号，获得回波信号与第一本振信号的频率差值中的固定部分、与第二本振信号的频率差值中的固定部分、与第三本振信号的频率差值中的固定部分和与第四本振信号的频率差值中的固定部分，根据以及计算而获得真实距离，其中，为周期是发射信号中一个对称三角线性调制周期对应的距离，，为发射信号飞行距离中完整的的个数，为周期是的发射信号中一个对称三角线性调制周期对应的距离，，m为发射信号飞行距离中完整的的个数，是激光光速；

9.如权利要求8所述的对称三角线性调频连续波激光雷达的测距方法，其特征在于：所述延时或者第二本振信号相对于第一本振信号的相移为180度；所述延时为或者第四本振信号相对于第三本振信号的相移为180度。

10.如权利要求8所述的对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：所述第二激光信号的波长与第一激光信号的波长满足nm且第一激光信号和第二激光信号之间的频率差大于探测器响应带宽。

11.如权利要求8或9或10所述的对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法，其特征在于：所述方法还获得回波信号中多普勒效应导致的频率变化值，根据而获得目标的速度。