CN108828607A - 波长跳变抗干扰激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种波长跳变抗干扰激光雷达系统，该波长跳变抗干扰激光雷达系统包括：光信号发射机和光信号接收机；其中，所述光信号发射机用于按照一时间周期发射不同波长的光信号，将部分所述光信号输入至所述光信号接收机作为引导光，部分所述光信号输入至环境中作为探测光；所述光信号接收机用于获取回波信号中与所述引导光信号一致的目标信号，并根据所述目标信号得到探测信息。本公开波长跳变抗干扰激光雷达系统避免了传统单一波长的工作状态易被敌方捕获的风险。

Description

波长跳变抗干扰激光雷达系统

技术领域

本公开属于激光雷达技术领域，更具体地涉及一种波长可跳变的抗干扰激光雷达系统。

背景技术

激光雷达在短短几十年中的迅猛发展，体现出这个新兴探测方式所具有的独特潜在力，激光雷达越来越多地用于科学研究或军事战略等众多领域，作为获取三维高程和垂直结构信息非常有效且精确的手段，成为未来空间探测的发展趋势。激光雷达具有一系列独特的优点，如极高的角分辨率、极高的距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。但激光雷达在探测具体环境时，常常会面临着激光致盲武器的威胁，己方的工作人员易被致盲或者光电探测设备易受到激光武器的破坏甚至失效。

因此，加强激光雷达的防护技术显得愈发重要，必须提高其抗干扰能力，才能在实际应用过程中发挥其正常效能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于以上问题，本公开的目的在于提出一种波长跳变抗干扰激光雷达系统，用于解决以上技术问题的至少之一。

(二)技术方案

为了达到上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种波长跳变抗干扰激光雷达系统，包括：光信号发射机和光信号接收机；其中，所述光信号发射机用于按照一时间周期发射不同波长的光信号，将部分所述光信号输入至所述光信号接收机作为引导光，部分所述光信号输入至环境中作为探测光；所述光信号接收机用于获取回波信号中与所述引导光信号一致的目标信号，并根据所述目标信号得到探测信息。

在一些实施例中，所述光信号发射机包括：

可调激光模块，用于连续发射光信号，所述光信号的波长按照一时间周期规律变化；

光耦合模块，用于接收所述可调激光模块发射的光信号，并将部分所述光信号输入至光信号接收机中作为引导光，同时将部分所述光信号输入至环境中用于探测。

在一些实施例中，所述可调激光模块发射的通信波长在大气窗口范围内。

在一些实施例中，所述光信号接收机包括：光开关模块和光电探测模块，所述光开关模块用于接收回波信号，将回波信号中与所述引导光波长一致的目标信号发送至光电探测模块，所述光电探测模块用于分析所述目标信号得到探测信息。

在一些实施例中，所述光开关模块的光开关的响应时间至少为毫秒量级，采用MEMS光开关、机械光开关或液晶光开关。

在一些实施例中，所述光信号接收机包括：自适应滤波系统和光电探测模块，所述自适应滤波系统，用于对其接收到的回波信号进行滤波处理，将回波信号中与所述引导光波长一致的目标信号发送至光电探测模块，所述光电探测模块用于分析所述目标信号得到探测信息。

在一些实施例中，所述自适应滤波系统包括：

光滤波模块，用于接收回波信号并对其进行滤波处理，光滤波模块的滤波中心波长与引导光波长保持一致跳变；

反馈光控制模块，用于接收所述光滤波模块发送光信号，并进行光电转换处理；

微控制器，用于接收所述反馈光控制模块发送的电信号，并进行自适应算法处理，再将其发送至所述光滤波模块，从而控制滤波中心波长的稳定。

在一些实施例中，所述光滤波模块的光滤波器的调制带宽在100纳米以上，采用光纤F-P滤波器或MEMS光滤波器。

在一些实施例中，所述反馈光探测模块包括：光电转换器和电放大器；所述光电转换器用于完成光信号到电信号的转换，所述电放大器用于接收所述光电转换器转换的电信号进行放大以与所述微控制器模块的电气特性匹配。

在一些实施例中，所述微控制器模块为基于DSP芯片的控制模块，用于控制光滤波模块的滤波中心波长与引导光的波长一致。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开波长跳变抗干扰激光雷达系统至少具有以下有益效果其中之一：

(1)光信号发射机能向外发射不同波长的光束，由此，敌方在没有得知己方工作波长跳变的信息之前，无法对己方雷达系统进行有效干扰，从而避免了传统雷达系统单一波长的工作状态易被敌方捕获的风险。

(2)光信号接收机能通过判断回波信号与来自发射机处的引导光信号是否一致来决定回波信号的接收，由此，有效的防止了其他干扰波进入接收机对其产生影响。同时可不断适应发射机波长跳变情况，并时刻保持通带中心与引导光一致来增强光电探测模块对信号的接收。

附图说明

图1为本公开波长跳变抗干扰激光雷达系统方块图。

图2为本公开一实施例波长跳变抗干扰激光雷达系统方块图。

图3为本公开另一实施例波长跳变抗干扰激光雷达系统方块图。

图4为本公开抗干扰激光雷达系统自适应滤波系统方块图。

图5为本公开抗干扰激光雷达系统自适应滤波系统反馈控制及连接关系示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。

本公开提供一种波长跳变抗干扰激光雷达系统，如图1所示，该波长跳变抗干扰激光雷达系统包括：光信号发射机和光信号接收机；其中，所述光信号发射机用于按照一时间周期发射不同波长的光信号，将部分所述光信号输入至所述光信号接收机作为引导光，部分所述光信号输入至环境中作为探测光；所述光信号接收机用于在环境中的回波信号与引导光信号一致(波长相同)时接收所述回波信号获取探测信息(与引导光信号一致的信号为回波信号中的目标信号，也即期望获取的信号)。

所述回波信号为输入至环境中的所述探测光被环境中的物体反射至光信号接收机的光。回波信号中包括目标信号和干扰信号，本公开就是为了尽可能的排除干扰信号的接收，保证目标信号的接收，提高雷达系统的探测有效性。

在一实施例中，如图2所示，所述波长跳变抗干扰激光雷达系统，包括抗干扰激光雷达系统的光信号发射机和光信号接收机。其中，所述光信号发射机包括：一可调激光模块，根据一定的时间周期规律不断向外发射不同波长的光信号脉冲，增强己方发射信号的隐蔽性；以及一光耦合模块，接收可调激光模块的光信号并将少部分光信号输入到光信号接收机中作为引导光，同时将大部分光输入到环境中用于探测。所述光信号接收机包括：一光开关模块，接收来自光信号发射机中的引导光，同时判断回波信号是否能被接收，当回波信号波长与引导光波长一致时才能进入光开关 (即与引导光波长一致的目标信号才能通过光开关，与引导光波长不一致的干扰信号无法通过光开关)；一光电探测模块，用于接收通过所述光开关模块的回波信号，并进行分析以获取探测信息。

具体的，所述可调激光模块发射的通信波长在大气窗口范围内。所述光开关模块的光开关的响应时间为毫秒量级，采用MEMS光开关、机械光开关或液晶光开关。

本实施例光信号发射机能在较宽的频率范围内向外发射不同波长的光束，避免了传统单一波长的工作状态易被敌方捕获的风险，通过光开关模块有效的防止了其他干扰波进入接收机对其产生影响。

在另一实施例中，如图3-5所示，所述波长跳变抗干扰激光雷达系统，包括抗干扰激光雷达系统的光信号发射机和光信号接收机。其中，所述光信号发射机包括：一可调激光模块，根据一定的时间周期规律不断向外发射不同波长的光信号脉冲，通过这种跳变式波长变化干扰敌方的勘测情况，在敌方无法捕捉到己方发射波长的变化规律之下，增强己方发射信号的隐蔽性，实现了抗干扰的目的；以及一光耦合模块，用于接收可调激光模块的光信号并将少部分光信号输入到光信号接收机中作为引导光，引导光信号接收机判断回波信号中的目标信号和干扰信号，同时将大部分光输入到环境中用于探测。所述光信号接收机包括：一自适应滤波系统，用于接收来自光信号发射机中的引导光及来自于环境中的回波信号，根据引导光对其接收到的回波信号进行滤波处理，滤除回波信号中的干扰信号，其包括光滤波模块、反馈光控制模块和微控制器模块，三者构成一负反馈系统：其中，光滤波模块主要用于接收回波信号，滤除回波信号中的干扰信号，保留目标信号，其滤波中心波长时刻与引导光波长保持一致跳变；光滤波模块将部分目标信号发送至反馈光控制模块，并将部分目标信号发送至光电探测模块；反馈光控制模块通过对光滤波模块发送的光信号进行光电转换处理，将其转换为电信号后供给微控制器模块进一步处理该电信号；最后微控制器对该电信号进行一定的自适应算法处理，再将其输入到光滤波模块，从而控制滤波中心波长的稳定性，避免漂动；以及一光电探测模块，用于接收所述自适应滤波系统发送的目标信号，并分析目标信号获取探测信息。

具体的，所述反馈光探测模块包括：光电转换器和电放大器；所述光电转换器用于完成光信号到电信号的转换，所述电放大器用于接收所述光电转换器转换的电信号进行放大以与所述微控制器模块的电气特性匹配。

所述光滤波模块的光滤波器的调制带宽在100纳米以上，采用光纤F-P 滤波器或MEMS光滤波器。

所述微控制器模块可为基于DSP芯片的控制模块，用于控制光滤波模块的滤波中心波长与引导光的波长一致。

本实施例通过自适应滤波系统实现了光信号接收机的接收滤波波长与光信号发射机的发射信号同步跳变的过程，达到了抗干扰的目的。

上述实施例中，开关模块通过接收发射机的引导光来判断只有和引导光相同波长的光束才能进入光开关模块，因此可以有效滤除回波干扰；自适应光滤波系统通过自身的反馈控制链路，保证了通带中心波长与引导光时刻处于一致，有利于滤除杂波干扰，以供光电探测模块分析目标信号的具体信息。

综上，本公开抗干扰激光雷达系统能够很好的避免一般激光雷达被动抗干扰的现状，实现了主动应对外来环境威胁的防护目的。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波长跳变抗干扰激光雷达系统，包括：光信号发射机和光信号接收机；其中，所述光信号发射机用于按照一时间周期发射不同波长的光信号，将部分所述光信号输入至所述光信号接收机作为引导光，部分所述光信号输入至环境中作为探测光；所述光信号接收机用于获取回波信号中与所述引导光信号一致的目标信号，并根据所述目标信号得到探测信息。

2.根据权利要求1所述的波长跳变抗干扰激光雷达系统，其中，所述光信号发射机包括：

可调激光模块，用于连续发射光信号，所述光信号的波长按照一时间周期规律变化；

光耦合模块，用于接收所述可调激光模块发射的光信号，并将部分所述光信号输入至光信号接收机中作为引导光，同时将部分所述光信号输入至环境中用于探测。

3.根据权利要求2所述的波长跳变抗干扰激光雷达系统，其中，所述可调激光模块发射的通信波长在大气窗口范围内。

4.根据权利要求1所述的波长跳变抗干扰激光雷达系统，其中，所述光信号接收机包括：光开关模块和光电探测模块，所述光开关模块用于接收回波信号，将回波信号中与所述引导光波长一致的目标信号发送至光电探测模块，所述光电探测模块用于分析所述目标信号得到探测信息。

5.根据权利要求4所述的波长跳变抗干扰激光雷达系统，其中，所述光开关模块的光开关的响应时间至少为毫秒量级，采用MEMS光开关、机械光开关或液晶光开关。

6.根据权利要求1所述的波长跳变抗干扰激光雷达系统，其中，所述光信号接收机包括：自适应滤波系统和光电探测模块，所述自适应滤波系统，用于对其接收到的回波信号进行滤波处理，将回波信号中与所述引导光波长一致的目标信号发送至光电探测模块，所述光电探测模块用于分析所述目标信号得到探测信息。

7.根据权利要求6所述的波长跳变抗干扰激光雷达系统，其中，所述自适应滤波系统包括：

光滤波模块，用于接收回波信号并对其进行滤波处理，光滤波模块的滤波中心波长与引导光波长保持一致跳变；

反馈光控制模块，用于接收所述光滤波模块发送光信号，并进行光电转换处理；

微控制器，用于接收所述反馈光控制模块发送的电信号，并进行自适应算法处理，再将其发送至所述光滤波模块，从而控制滤波中心波长的稳定。

8.根据权利要求7所述的波长跳变抗干扰激光雷达系统，其中，所述光滤波模块的光滤波器的调制带宽在100纳米以上，采用光纤F-P滤波器或MEMS光滤波器。

9.根据权利要求7所述的波长跳变抗干扰激光雷达系统，其中，所述反馈光探测模块包括：光电转换器和电放大器；所述光电转换器用于完成光信号到电信号的转换，所述电放大器用于接收所述光电转换器转换的电信号进行放大以与所述微控制器模块的电气特性匹配。

10.根据权利要求7所述的波长跳变抗干扰激光雷达系统，其中，所述微控制器模块为基于DSP芯片的控制模块，用于控制光滤波模块的滤波中心波长与引导光的波长一致。