CN110967777B

CN110967777B - 相干探测接收装置、退相干处理方法、设备及介质

Info

Publication number: CN110967777B
Application number: CN201911343974.9A
Authority: CN
Inventors: 雷述宇
Original assignee: Ningbo Abax Sensing Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Abax Sensing Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: CN110967777A

Abstract

本申请提供一种相干探测接收装置、退相干处理方法、设备及介质，涉及相干探测技术领域。该相干探测接收装置中，可以包括接收阵列，用于基于所接收的相干光产生电信号；该接收阵列划分为多个区域，每个区域包括至少一个像元，多个区域包括至少两个具有不同像元尺寸的区域。本申请在接收阵列中设置了尺寸不同的像元，相比单一尺寸的像元增加了获得较大输出电流的概率，从而抑制了像元内的退相干效应。另外，在接收阵列中所设置得尺寸不同的像元，增强了针对不同探测距离时像元内退相干效应的抑制。

Description

相干探测接收装置、退相干处理方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及相干探测技术领域，具体而言，涉及一种相干探测接收装置、退相干处理方法、设备及介质。

背景技术

相干探测是通过将回波信号和本振光进行混合，输出二者的差值分量，由相干光接收装置吸收产生光电流，该差值分量保留了回波信号振幅、频率和相位信息，实现了对回波信号的全息探测。相干探测具有探测能力强、转换增益高、信噪比高和抗干扰能力强等优点，广泛应用于相干光通信、遥感、激光雷达测速和测距等领域。

然而，由于相干光接收装置所接收到的信号来自目标物体的不同部位，导致回波相位不同，多个回波信号与本振光在相干光接收装置表面发生干涉，然后由光电转化单元面阵吸收，在吸收这些干涉信号时所产生的信号参数相位也不相同，导致信号叠加时会出现正负抵消，总的光外差信号降低，也即发生退相干效应，导致相干光接收装置输出信号减弱。

但是，由于现有的退相干处理技术，处理结果准确性较差，并不能将退相干效应对相干光接收装置输出信号所造成的损失进行有效减弱，从而导致根据相干光接收装置输出信号进行数据探测时，探测结果准确性较低。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种相干探测接收装置、退相干处理方法、设备及介质，以便于解决现有技术中存在的相干光接收装置数据探测结果准确性较差的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种相干探测接收装置，包括：

接收阵列，用于基于所接收的相干光产生电信号；所述接收阵列划分为多个区域，每个所述区域包括至少一个像元，所述多个区域包括至少两个具有不同像元尺寸的区域。

可选地，各所述区域内各像元的尺寸基于所在区域的目标探测距离或电信号参数获得。

可选地，各所述区域中各像元的尺寸，与各所述像元所在区域与所述接收阵列中心之间的距离成反相关。

可选地，所述像元的尺寸基于所在区域的电信号参数获得，所述电信号参数根据像元所在区域与所述接收阵列中心之间的距离、预设参数以及预设函数获得。

可选地，所述像元的尺寸，与该像元所在区域的目标探测距离成反相关。

可选地，所述像元的尺寸基于目标探测距离、预设参数以及所述预设函数获得。

可选地，所述像元的形状包括正多边形和圆形中的至少一种。

第二方面，本申请实施例提供了一种退相干处理方法，应用于上述第一方面所述的相干探测接收装置，该方法包括：

所述接收阵列各像元基于接收的相干光产生电信号；

所述电信号叠加后输出所述接收阵列的总的电信号；

所述接收阵列的总的电信号用于计算所述接收阵列与目标物体之间的距离。

第三方面，本申请实施例提供了一种处理设备，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的程序指令，当处理设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述程序指令，以执行时执行如上述第二方面的退相干处理方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述第二方面的退相干处理方法的步骤。

本申请的有益效果是：本申请提供的相干探测接收装置、退相干处理方法、设备及介质中，该相干探测接收装置包括：接收阵列，用于基于所接收的相干光产生电信号；该接收阵列划分为多个区域，每个区域包括至少一个像元，多个区域包括至少两个具有不同像元尺寸的区域。该退相干处理方法应用于该相干探测接收装置，该方法包括：接收阵列各像元基于接收的相干光产生电信号；电信号叠加后输出接收阵列的总的电信号；接收阵列的总的电信号用于计算接收阵列与目标物体之间的距离。通过采用具有上述像元排布方式的接收阵列来接收相干光并产生电信号，可以有效降低退相干效应对探测器输出的信号参数的影响，探测器输出的信号参数能量较优，从而使得根据该信号参数计算获取的差值信号较为准确，从而根据该差值信号计算获取探测器与目标物体之间的距离，计算结果准确度更高，从而有效提高了探测器数据探测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种相干探测接收装置中接收阵列像元排布示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种相干探测接收装置中接收阵列像元排布示意图；

图3为本申请实施例提供的一种区域像元划分组数、与该区域的目标探测距离的对应关系示意图；

图4为本申请实施例提供的一种探测光路示意图；

图5为本申请实施例提供的一种接收阵列中心像元的输出电流的振幅与像元尺寸的对应关系示意图；

图6为本申请实施例提供的一种退相干处理方法流程示意图；

图7为本申请实施例提供的一种处理设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请研究人员发现，在探测器像元内不同区域的信号参数也会存在同样的退相干效应，由于探测器像元内部退相干效应的存在，会使得整个探测器像元输出的信号参数非常微弱，甚至为零。在进行退相干处理时，仅对像元输出的信号进行退相干处理无法克服像元内部退相干现象所带来的损失。因此，需要进一步克服像元内部退相干导致的输出信号的减弱，提高像元输出信号的强度。

本申请实施例提供了一种相干探测接收装置，该装置可以包括：接收阵列，用于基于所接收的相干光产生电信号；接收阵列划分为多个区域，其中每个区域包括至少一个像元，上述多个区域包括至少两个具有不同像元尺寸的区域。

需要说明的是，本申请中对上述多个区域的大小、形状、像元个数及像元形状不做具体限制。比如：每个区域可以只包括一个像元，即一个像元称为一个区域，也可以包括多个像元；不同区域内的像元个数可以相同，也可以不同；区域的划分的形状可以为规则形状和/或不规则形状，以规则形状为例，可以为环形结构、正方形、长方形、接收阵列的行或行的一部分、接收阵列的列或列的一部分；像元的形状可以为规则形状也可以为不规则形状，以规则形状为例，可以为正多边形和圆形中的至少一种。

需要说明的是，上述像元尺寸可以根据像元形状的不同，分为多种尺寸。例如：对于像元形状为矩形或者正方形，像元尺寸可以是边长；对于像元形状为圆形，像元尺寸可以是半径；对于像元形状为正对多边形，像元尺寸可以是顶点到像元中心的距离；对于像元形状为不规则形状，像元尺寸可以是像元面积等。

图1为本申请实施例提供的一种相干探测接收装置中接收阵列像元排布示意图，图2为本申请实施例提供的另一种相干探测接收装置中接收阵列像元排布示意图，如图1和图2所示，该装置可以包括：接收阵列，用于基于所接收的相干光产生电信号；接收阵列划分为多个区域，每个区域包括至少一个像元，多个区域包括至少两个具有不同像元尺寸的区域。

需要说明的是，该相干探测接收装置可以为探测器，探测器中可以具有上述像元排布方式的接收阵列。如图1所示，接收阵列可以被划分为9个区域，每个区域中可以包括至少一个像元，其中，每个区域中像元的个数可以相同，也可以不同，另外，多个区域中至少有两个区域中所包含的像元的尺寸是不同的。以图1为例，9个区域中，有5个区域中包含的像元尺寸是不同的。

可选地，上述图1和图2仅为接收阵列的所有可行性像元排布方式中的两种示意图，在实际应用中，接收阵列中所包含的区域个数、区域形状、每个区域中的像元尺寸、像元个数、像元形状均是不限于上述图1和图2中的排布方式，可以根据实验进行获取。

综上，本实施例所提供的相干探测接收装置中，可以包括接收阵列，用于基于所接收的相干光产生电信号；该接收阵列划分为多个区域，每个区域包括至少一个像元，多个区域包括至少两个具有不同像元尺寸的区域。本申请在接收阵列中设置了尺寸不同的像元，相比单一尺寸的像元增加了获得较大输出电流的概率，从而抑制了像元内的退相干效应。另外，在接收阵列中所设置得尺寸不同的像元，增强了针对不同探测距离时像元内退相干效应的抑制。

可选地，各区域内各像元的尺寸基于所在区域的目标探测距离或电信号参数获得。

在一些实施例中，各区域中像元的尺寸，一方面可以根据像元所在区域与目标物体之间的目标探测距离计算得到，另一方面，各区域中像元的尺寸也可以根据像元所在区域的电信号参数获得。

其中，对于不同的区域，可以对应设置其与目标物体之间的目标探测距离，针对不同的目标探测距离的对应的区域，区域中像元尺寸是不同的。

另外，像元所在区域的电信号参数，也即为像元所在区域对应的总的电信号参数，可以先获取区域中每个像元所对应的电信号参数，从而进行积分求和，得到区域所对应的总的电信号参数。

图3为本申请实施例提供的一种区域像元划分组数、与该区域的目标探测距离的对应关系示意图。可选地，各区域目标探测距离越长，划分的像元个数越多，就是说像元的尺寸越小，即各像元尺寸与所在区域目标探测距离成反相关。

需要说明的是，区域像元划分组数，也即将区域划分为多个子单元，子单元的个数也即为区域中像元的个数。例如：区域像元划分组数为9，也即将区域划分为9个子单元，也即包含9个像元。

可选地，本申请中，以探测器中接收阵列包含的每个区域的面积为相同的情况为例。如图3中所示，可知区域与接收阵列中心之间的距离越大，该区域像元划分的组数也越多，也即，相同区域面积的情况下，区域像元划分的组数越大，区域中像元尺寸越小。也即上述各区域中各像元的尺寸，与各像元所在区域与接收阵列中心之间的距离成反相关。

需要说明的是，考虑到制造成本的问题，对于任意一个区域，其包含的像元个数并非越多越好，也即区域中像元的个数小于区域对应的预设阈值。对于任意一个正方形区域，可以将其划分为N*N个子单元，也即划分为N*N个像元，每个像元可以为边长为1/N正方形区域边长的小的正方形，也可为直径为1/N正方形区域边长的圆形。对于每个区域中像元组数的划分，可以通过如下方式进行确定。

可选地，像元的尺寸基于所在区域的电信号参数获得，电信号参数根据像元所在区域与接收阵列中心之间的距离、预设参数以及预设函数获得。

可选地，如上述可知，接收阵列中，像元排布信息可以包括：区域划分信息，各区域中像元的个数、尺寸，各区域与接收阵列的中心之间的距离。对于不同的区域，由于各区域所针对的目标探测距离不同，各区域与接收阵列的中心之间的距离不同，从而使得各区域间像元的尺寸、个数会不同。可以依据预设参数信息以及预设函数，计算获取接收阵列或各区域对应的电信号，并依据该电信号分布进行接收阵列或各区域内像元的划分。

可选地，依据该电信号分布进行接收阵列或各区域内像元的划分，可以根据不同划分方式下各区域对应的总的电信号确定最终划分方式。需要说明的是，在计算不同划分方式下各区域对应的总的电信号时，通过各个像元对应的预设参数按照预设函数进行积分，获得各像元所在面积输出的电信号，该区域中每个像元电信号的叠加获得总的电信号。

可选地，各像元对应的预设参数可以包括：预设的本振光和信号光的差频信息、时间变量、像元所在区域与接收阵列中心之间的距离、接收阵列的中心与目标物体之间的距离、接收阵列的焦距、信号光的波长、信号振幅等。

需要说明的是，可以根据上述参数获得的各像元的电信号，预设的本振光和信号光的差频信息、时间变量、像元所在区域与接收阵列中心之间的距离、接收阵列的中心与该探测器的目标探测距离、接收阵列的焦距、信号光的波长、信号振幅等，对探测器的接收阵列进行划分，并利用具有该种划分方式的接收阵列接收经探测物体反射回来的回波信号，减小像元内的退相干现象，增强吸收回波转化并输出的总的电信号。电信号为随时间变化的一个量，上述时间变量即为所选择的时间点，该时间点下像元所在面积对应的电信号的积分即为该像元在该时刻输出的电信号。

图4为本申请实施例提供的一种探测光路示意图，如图4所示，接收端光学接收系统的焦距为L₁、像元所在区域与接收阵列中心之间的距离为R₁、接收阵列中心与目标物体之间的距离为L，另外，信号光的波长为λ、信号振幅为αA_SA_l也即输出光的功率、本振光和信号光的差频信息为ω、时间变量为t，这样，接收阵列中，距离接收阵列中心距离为R₁的点对应的输出的电信号可以根据预设函数，也即如下公式1计算得到：

可选地，假设像元所在区域面积为S，那么该像元对应的电信号可以根据如下公式2计算得到：∫∫_Si_lFdS。

其中，接收阵列的焦距L₁、信号光的波长λ、信号发射功率αA_SA_l、本振光和信号光的差频信息为ω、时间变量为t、接收阵列中心与目标探测距离为L，均为已知数据，将这些数据带入公式2可以获得各区域不同划分方式下像元所对应的电信号，进而获得各区域的总的电信号。该总的电信号用于确定接收阵列和各区域的划分方式。

图5为本申请实施例提供的一种接收阵列中心像元的输出电流的振幅与像元尺寸的对应关系示意图；其中，图5(1)、图5(2)、图5(3)、图5(4)分别为在给定的目标探测距离L下，接收阵列中心像元的输出电流的振幅与像元尺寸的对应关系示意图。可选地，图5(1)、图5(2)、图5(3)、图5(4)分别对应于L＝1m、L＝10m、L＝50m、L＝200m。

由图5可知，在一定距离下，接收阵列中心像元输出电流达到最大幅值时所对应的半径为中心像元(以圆形像元为例)的最佳半径取值(最佳尺寸)。另外，不同距离L下，中心像元输出电流达到最大幅值所需的半径不一样，L越近，输出电流的幅值最大时对应的半径值越大，也即，像元的尺寸，与该像元所在区域的目标探测距离成反相关。由此可根据各像元所在区域的目标探测距离L，确定该区域中像元尺寸。

本申请研究人员发现相干探测接收阵列中像元的尺寸是像元内退相干现象的重要影响因素，如图5(2)所示，输出电流振幅变化频率是变化的，因此对应的输出电流最大值的区域大小也是不同的，本发明在接收阵列中设置了尺寸不同的像元，相比单一尺寸的像元增加了获得较大输出电流的概率，从而抑制了像元内的退相干效应。同时，图5(1)至图5(4)中均可发现，随着像元与阵列中心距离的增大，输出电流振幅变化频率越快，因此各所述像元尺寸随所在区域与所述接收阵列中心之间的距离的增大而减小，即成反相关，有利于整个像元落在相同极性电流的区域，从而减弱了正负极性相互抵消，增大了输出的电流信号。

此外，进一步对比图5(1)、图5(2)发现，针对不同目标探测距离输出电流的变化频率也不同，本发明在接收阵列中所设置得尺寸不同的像元，增强了针对不同探测距离时像元内退相干效应的抑制。

需要说明的是，对于非圆环形像元，例如：方形像元、多边形像元等，其同样满足上述圆环形像元的尺寸规律，此处不再一一赘述。

图6为本申请实施例提供的一种退相干处理方法流程示意图；该方法可以应用于上述的相干探测接收装置，该方法的执行主体可以是该相干探测接收装置。如图6所示，该方法可以包括：

S101、接收阵列各像元基于接收的相干光产生电信号。

S102、电信号叠加后输出接收阵列的总的电信号，接收阵列的总的电信号用于计算接收阵列与目标物体之间的距离。

可选地，接收阵列中各区域包含的各像元，可以基于接收的相干光生成的电信号，也即，每个像元均对应生成电信号，对各像元所生成的电信号进行叠加，可以计算得到接收阵列的总的电信号。可选地，对于不同的信号调制方式，得到的接收阵列的电信号可以是不同的，例如：对于频率调制，得到的接收阵列的电信号可以是中频电流，而对于幅度调制，得到的接收阵列的电信号也可以是中频电流。

需要说明的是，本实施例中，接收阵列为具有上述像元排布方式的接收阵列。在上述确定的像元排布方式下，采用该接收阵列进行距离探测时，可以有效的接收阵列中像元内部产生退相干效应，对接收阵列像元输出的信号参数的强度产生影响。也即，采用本申请提供的相干探测接收装置，进行数据探测时，可以有效降低退相干效应对该接收装置中，接收阵列输出的信号参数的影响，接收阵列输出的信号参数较为理想、能量较大，进而根据该较为理想的信号参数进行进一步的数据探测时，例如：距离探测、速度探测，探测结果也相对较为准确。

在一些实施例中，以距离探测为例，在通过对接收阵列中各像元生成的电信号进行叠加，计算得到接收阵列总的电信号后，可以根据该总的电信号，计算获取信号的差值信息，从而根据该差值信息，计算出接收阵列与目标物体之间的距离。

可选地，以频率调制为例，上述得到的接收阵列总的电信号可以为中频电流，从而可以根据获取的中频电流，通过傅里叶变换，计算获取差频信息，进而根据该差频信息，计算接收阵列与目标物体之间的距离。

需要说明的是，由于通过采用具有上述像元排布的接收阵列，得到的接收阵列输出的中频电流能量较大，从而使得根据该中频电流计算获取的差频信息较为准确，进一步地，根据该差频信息，计算接收阵列与目标物体之间的距离时，计算结果相对较为准确。

需要说明的是，上述接收阵列的像元排布基于所在区域的目标探测距离或电信号参数获得。各区域中各像元的尺寸，与各像元所在区域与接收阵列中心之间的距离成反相关，并结合具体电信号参数依据公式1和2计算结果获得。此外，像元尺寸的设计还与该像元所在区域的目标探测距离成反相关，所述像元的尺寸基于目标探测距离、预设参数以及上述的公式1和2获得。

综上，本实施例提供的退相干处理方法，应用于上述的相干探测接收装置中，该方法包括：接收阵列各像元基于接收的相干光产生电信号；电信号叠加后输出接收阵列的总的电信号；接收阵列的总的电信号用于计算接收阵列与目标物体之间的距离。其中，通过采用本申请提供的相干探测接收装置，进行数据探测时，可以有效降低退相干效应对接收阵列输出的信号参数的影响，接收阵列输出的信号参数能量较优，从而使得根据该信号参数计算获取的差值信号较为准确，从而根据该差值信号计算获取接收阵列与目标物体之间的距离，计算结果准确度更高，从而有效提高了数据探测的准确性。

上述方法及装置的实现原理和技术效果可相互参见。

图7为本申请实施例提供的一种处理设备的结构示意图，该设备可以集成于光学探测器中或者集成于芯片中，该光学探测器可以是具备数据处理功能的设备。

该设备可以包括：处理器701、存储器702。

存储器702用于存储程序，处理器701调用存储器702存储的程序，以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。

可选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims

1.一种相干探测接收装置，其特征在于，包括：

接收阵列，用于基于所接收的相干光产生电信号；所述接收阵列划分为多个区域，每个所述区域包括至少一个像元，所述多个区域包括至少两个具有不同像元尺寸的区域；

其中，各所述区域内各像元的尺寸基于所在区域的目标探测距离或电信号参数获得；各所述区域中各像元的尺寸，与各所述像元所在区域与所述接收阵列中心之间的距离成反相关；所述像元的尺寸基于所在区域的电信号参数获得，所述电信号参数根据像元所在区域与所述接收阵列中心之间的距离、预设参数以及预设函数获得。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述像元的尺寸，与该像元所在区域的目标探测距离成反相关。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述像元的尺寸基于目标探测距离、预设参数以及所述预设函数获得。

4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述像元的形状包括正多边形和圆形中的至少一种。

5.一种退相干处理方法，应用于权利要求1-4任一项所述的相干探测接收装置，其特征在于，所述方法包括：

所述接收阵列各像元基于接收的相干光产生电信号；

所述电信号叠加后输出所述接收阵列的总的电信号；

6.一种处理设备，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的程序指令，当处理设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述程序指令，以执行时执行如权利要求5所述的退相干处理方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求5所述的退相干处理方法的步骤。