CN111308488A - 对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，激光光源输出光束后经保偏分束器分为信号光束和本振光束；通过对称伪随机码对信号光束进行高速电光位相调制，然后发射至目标并接收目标的回波光束，回波光束与本振光束进行相干正交接收，得到相干接收信号；采用第一振幅型线阵空间光调制器用于加载相干接收信号内的延时对称伪随机码；同时原对称伪随机码经过可变延时电路后得到可变延时对称伪随机码，对可变延时对称伪随机码和延时对称伪随机码进行全光聚焦处理，通过聚焦点的时延量获得远距离目标的高精度距离信息。本发明可以克服传统数字相关处理方式造成的瓶颈，具有高速优势，而且结构简单，能够实现高重频激光雷达距离探测，且具有整体系统小型化，运行容易的特点。

Description

对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法及装置

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法及装置。

背景技术

使用激光雷达实现在复杂环境下的目标距离测量，同时具有很高的实时性和测量精度，是自主驾驶环境感知的迫切需求，对提高自主驾驶平台对周围复杂环境的感知能力和增强智能决策的能力具有重要的意义。目前激光雷达主要采用的原理是单脉冲飞行时间法和连续波信号调频技术。单脉冲飞行时间法测距的优点是结构简单、技术成熟，不足之处在于远距离情况下工作时，需要激光器具备极高的峰值功率，为保证激光器的安全运转，出射脉冲的重复频率较低，因而测量的空间分辨率难以提高。啁啾调频连续波激光雷达对发射激光的频率进行线性调制，回波信号与本振信号进行相干接收，通过获取外差频率实现目标的距离测量，通过波形调制可以实现多普勒速度测量。优势在于激光器工作在宽脉宽、低峰值功率状态下，可大大提高脉冲重复探测频率，从而提高空间分辨率；另外，采用相干探测可获得更高的灵敏度。但是受激光器硬件条件的限制，成本很高，脉冲重复频率严重受限，啁啾非线性依然是一个未解决的难题。

伪随机编码连续波激光雷达的发射信号采用了伪随机码调制，信号属于大时宽频宽积信号，在接收端利用伪随机序列互相关与自相关特性实现回波时延测量，从而实现测距，不仅具有良好的距离分辨力和测量精度，而且大频宽(从频域)和大时宽(从能量)能改善激光雷达的抗干扰能力，对激光峰值功率的要求低，在远距离测量时无需大功率脉冲激光器，可以大大降低整个系统的技术难度，并且系统的体积、功耗、稳定性等也可优化，因此有广泛的应用前景。传统的相关处理方法是全数字式的，由于采用编码波形的距离分辨率与调制速率成正比，即调制速率越高，距离向分辨率就越高，越高的调制速率导致计算量较大，因此对目标成像所需时间较长，对运行环境的要求也较高，通常以高性能的现场可编程逻辑阵列(FPGA)为核心，电子学系统复杂昂贵，因此成为限制伪随机码距离探测的主要瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法及装置。本发明可以克服传统数字相关处理方式造成的瓶颈，具有高速优势，而且结构简单，能够实现高重频激光雷达距离探测，且具有整体系统小型化，运行容易的特点。

本发明的技术方案：对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，雷达平台中激光光源的输出光束通过起偏器起偏后再经保偏分束器分为信号光束和本振光束；伪随机编码器产生对称伪随机码并对信号光束进行高速电光位相调制，然后信号光束发射至目标并接收目标的回波光束，回波光束与本振光束进行相干正交接收，得到相干接收信号；通过第一振幅型线阵空间光调制器加载相干接收信号内的延时对称伪随机码的频谱；同时伪随机编码器产生对称伪随机码经可变延时电路后得到可变延时对称伪随机码，再将可变延时对称伪随机码经快速傅里叶变换后得到其频谱，采用第二振幅型线阵空间光调制器加载可变延时对称伪随机码的频谱作为匹配滤波器，最后将可变延时对称伪随机码和延时对称伪随机码进行全光聚焦处理得到聚焦点，通过聚焦点的时延量获得远距离目标的高精度距离信息。

上述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，所述的全光聚焦处理得到聚焦点具体是，通过线阵非相干光源发射入射光，入射光首先进入第一振幅型线阵空间光调制器位于第一柱面透镜的前焦面，形成延时对称伪随机码的频谱的加载，并使其聚焦在第一柱面透镜后焦面，然后携带加载好延时对称伪随机码的频谱的入射光再进入第二振幅型线阵空间光调制器位于第二柱面透镜的前焦面，并加载可变延时对称伪随机码的频谱使其聚焦在第二柱面透镜的后焦面，在第二柱面透镜的后焦面形成延时对称伪随机码的频谱与可变延时对称伪随机码的频谱的卷积，再利用光电探测器探测卷积运算出现的峰值，该峰值即为聚焦点。

前述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，所述激光光源的输出光束为经调制的窄线宽连续激光，经起偏器起偏，提高偏振度，光场表示为：

其中，E₀是振幅，

为输出光束初始相位，f₀为输出光束的主振频率，t是时间，exp是以自然常数e为底的指数函数，

前述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，所述输出光束经过保偏分束器分束，小部分能量作为本振光束，光场为：

其中，E_LO是本振光束振幅，φ_{n_LO}为本振光束噪声相位,

为输出光束初始相位。

前述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，所述的对称伪随机码是伪随机编码器产生伪随机码后，以伪随机码的最后一位为对称中心将前列数据镜像后扩展所形成的；所述伪随机码表示为：

其中，ΔT为伪随机码序列码元宽度，k为码元序号，K为码元总数，p(k)为伪随机数，取值为0或1，t是时间，rect代表矩形函数；

所述对称伪随机码的表示方式为：

flip[]表示翻转操作。

前述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，所述回波光束的光场表示为:

其中，E_S是回波光束振幅，R是目标距离，f₀为输出光束的主振频率，

为输出光束初始相位，t是时间，c是光速，φ_{n_S}为回波光束引入的噪声相位；exp是以自然常数e为底的指数函数，

是延时对称伪随机码，2K为对称伪随机码元总数，ΔT为伪随机码序列码元宽度；

回波光束与本振光束输入2×4 90°光学桥接器和高速光电平衡探测器进行正交相干接收：

其中，经过2×4 90°光学桥接器混频后的干涉光场四路输出分别为：

同相信号：

正交信号：

式中：I_S是回波光束有关的直流量，I_LO是本振光束有关的直流量，φ_{n_h}为混频噪声相位，E_LO是本振光振幅；

具有正交特性的同相信号和正交信号分别由高速光电平衡探测器进行接收得到相干接收信号，相干接收信号中的同相信号输出为：

相干接收信号中的正交信号输出为：

其中，k_in是同相信号的高速光电探测器响应率，k_qu是正交信号的高速光电探测器响应率；

如果同相信号和正交信号的光电探测器响应率保持一致，由反正切解相可得：

其中

和φ_{n_h}为直流量，利用高通滤波器消除得到回波光束内的延时对称伪随机位相

然后取归一化再经过二值化处理获得延时对称伪随机码

前述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，所述第一振幅型线阵空间光调制器中的线阵为离散像素形式，像素尺寸为T_α×T_β，线阵像素数为K，尺寸为L,每个像素中的灰色区域为像素的有效调制区域，尺寸为D_α×D_β；所述第一振幅型线阵空间光调制器的填充因子为D_αD_β/T_αT_β；

所述第一振幅型线阵空间光调制器的数学模型表示为：

其中，

代表第一振幅型线阵空间光调制器的有限孔径因子，

表示每个像素的有效调制孔径因子，

为像素的周期性排列梳状函数，i为正整数；

将延时对称伪随机码的频谱加载到第一振幅型线阵空间光调制器实质上是尺度为KΔT的一维时间域信号到尺度为KT_β的一维空域信号的转换；

线阵非相干光源的入射光照射第一振幅型线阵空间光调制器，则第一振幅型线阵空间光调制器对入射光的调制函数为：

入射光经过第一柱面透镜聚焦在其后焦面，等同于完成准确的一维傅里叶变换，第一柱面透镜后焦面的输出光场表示为：

其中

表示傅里叶变换；

所述伪随机编码器产生对称伪随机码经可变延时电路后得到可变延时对称伪随机码，延迟时间为码元宽度的整数倍，即τ_d＝NΔT，N为正整数，然后可变延时对称伪随机码再经过快速傅里叶变换电路进行快速傅里叶变换，得到可变延时对称伪随机码的频谱，用第二振幅型线阵空间光调制器加载可变延时对称伪随机码的频谱作为匹配滤波器，表示为：

其中，

代表第一振幅型线阵空间光调制器的有限孔径因子，

表示每个像素的有效调制孔径因子，

为像素的周期性排列函数，i为正整数；P_SY(t-τ_D:2K,ΔT)为可变延时对称伪随机码；

所述第二振幅型线阵空间光调制器位于第二柱面透镜的前焦面，光场表示为：

入射光经过第二柱面透镜聚焦在其后焦面，等同于完成准确的一维傅里叶反变换，第二柱面透镜后焦面的输出光场表示为：

其中

表示卷积运算；

在第二柱面透镜的后焦面得到可变延时对称伪随机码与信号光延时对称伪随机码的卷积；最后通过在第二柱面透镜的后焦面设置光电探测器，当移位延迟

时，卷积运算出现峰值，即出现聚焦点，从而确定目标时延量。

前述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，通过目标时延量获得远距离目标的高精度距离信息，目标距离可以通过下式得到：

式中，ΔT为伪随机码序列码元宽度，N为位移延迟，c是光速

测距分辨率为：

式中，ΔT为伪随机码序列码元宽度，c是光速。

实现如前述的双通道伪随机码相位调制光学域解析聚焦相干激光方法的装置，包括窄线宽连续激光光源，所述窄线宽连续激光光源经起偏器依次连接有保偏分束器、高速电光位相调制器和激光放大器；

所述激光放大器的输出端依次连接有光学环形器和光学望远镜；所述光学环形器和保偏分束器还一同连有光学桥接器，所述光学桥接器为2×4 90°光学桥接器；所述光学桥接器经高速光电平衡探测器连接有高通滤波器，高通滤波器经高速数据采集卡连接有4F系统；所述4F系统包括线阵非相干光源，线阵非相干光源的输出端依次连接有第一振幅型线阵空间光调制器、第一柱面透镜、第二振幅型线阵空间光调制器和第二柱面透镜；所述高速数据采集卡与第一振幅型线阵空间光调制器连接；所述4F系统经光电探测器连接有主控计算机；所述主控计算机经外触发电路连接有伪随机编码器；所述外触发电路还与高速数据采集卡连接；所述伪随机编码器经射频放大器与高速电光位相调制器连接；所述主控计算机与伪随机编码器之间设有可变延时电路，可变延时电路经快速傅里叶变换电路与第二振幅型线阵空间光调制器连接；所述第二柱面透镜经光电探测器与主控计算机连接。

与现有技术相比，本发明通过伪随机编码器产生对称伪随机码并对信号光束进行高速电光位相调制，然后信号光束发射至目标并接收目标的回波光束，回波光束与本振光束进行相干正交接收，得到相干接收信号；通过第一振幅型线阵空间光调制器加载相干接收信号内的延时对称伪随机码的频谱；同时伪随机编码器产生对称伪随机码经可变延时电路后得到可变延时对称伪随机码，再将可变延时对称伪随机码经快速傅里叶变换后得到其频谱，采用第二振幅型线阵空间光调制器加载可变延时对称伪随机码的频谱作为匹配滤波器，最后将可变延时对称伪随机码和延时对称伪随机码进行全光聚焦处理得到聚焦点，通过聚焦点的时延量获得远距离目标的高精度距离信息，而传统的伪随机编码连续波激光雷达的相关处理方法是全数字式的，由于采用编码波形的距离分辨率与调制速率成正比，即调制速率越高，距离向分辨率就越高，越高的调制速率导致计算量较大，因此对目标成像所需时间较长，对运行环境的要求也较高，而本发明独创性的采用对称伪随机码和可变延时对称伪随机码，相比于传统m序列伪随机码，相关运算的峰值对比度出现下降，然后采用适当的阈值，依然可以实现相关峰值位置的判断，因此采用对称伪随机码，可以实现卷积运算取代相关运算，使得本发明的探测速度大大的提高，具有整体系统小型化，运行容易的特点。

附图说明

图1给本发明的结构原理示意图；

图2给出4级29比特长度的m序列对称伪随机码相关运算示意图。

图3给出了5级61比特长度的m序列对称伪随机码相关峰值随偏移量的变化图。

图4给出第一振幅型线阵空间光调制器结构示意图。

附图中的标记为：1、窄线宽连续激光光源；2、起偏器；3、保偏分束器；4、高速电光位相调制器；5、激光放大器；6、光学环形器；7、光学望远镜；8、光学桥接器；9、高速光电平衡探测器；10、高速数据采集卡；11、4F系统；12、光电探测器；13、主控计算机；14、外触发电路；15、伪随机编码器；16、射频放大器；17、可变延时电路；18、快速傅里叶变换电路；19、线阵非相干光源；20、第一振幅型线阵空间光调制器；21、第一柱面透镜；22、第二振幅型线阵空间光调制器；23、第二柱面透镜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1：对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，雷达平台中激光光源的输出光束通过起偏器起偏后再经保偏分束器分为信号光束和本振光束；伪随机编码器产生对称伪随机码并对信号光束进行高速电光位相调制，然后信号光束发射至目标并接收目标的回波光束，回波光束与本振光束进行相干正交接收，得到相干接收信号；通过第一振幅型线阵空间光调制器加载相干接收信号内的延时对称伪随机码的频谱；同时伪随机编码器产生对称伪随机码经可变延时电路后得到可变延时对称伪随机码，再将可变延时对称伪随机码经快速傅里叶变换后得到其频谱，采用第二振幅型线阵空间光调制器加载可变延时对称伪随机码的频谱作为匹配滤波器(匹配滤波器的概念源自信号检测领域，在本实施例中提供判断依据，对接收信号进行“匹配”)，最后将可变延时对称伪随机码和延时对称伪随机码进行全光聚焦处理得到聚焦点，通过聚焦点的时延量获得远距离目标的高精度距离信息。

实施例2：实现对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法的装置，如图1所述，包括窄线宽连续激光光源1，采用人眼安全的1550nm单频单模连续光纤激光器，激光器线宽10kHz，输出功率为20mW，光纤输出有隔离保护，所述窄线宽连续激光光源1经起偏器2依次连接有保偏分束器3、高速电光位相调制器4和激光放大器5，

所述激光放大器5的输出端依次连接有光学环形器6和光学望远镜7；所述光学环形器6和保偏分束器3还一同连有光学桥接器8，所述光学桥接器8为2×4 90°光学桥接器；所述光学桥接器8经高速光电平衡探测器9连接有高通滤波器24，高通滤波器24经高速数据采集卡10连接有4F系统11；所述4F系统11经光电探测器12连接有主控计算机13；所述主控计算机13经外触发电路14连接有伪随机编码器15；所述外触发电路14还与高速数据采集卡10连接；所述伪随机编码器15经射频放大器16与高速电光位相调制器4连接；所述主控计算机13与伪随机编码器15之间设有可变延时电路17，可变延时电路17经快速傅里叶变换电路18与4F系统11连接。

所述4F系统11包括线阵非相干光源19，线阵非相干光源19的输出端依次连接有第一振幅型线阵空间光调制器20、第一柱面透镜21、第二振幅型线阵空间光调制器22和第二柱面透镜23；所述高速数据采集卡10与第一振幅型线阵空间光调制器20连接；所述快速傅里叶变换电路18与第二振幅型线阵空间光调制器22连接；所述第二柱面透镜23经光电探测器12与主控计算机13连接。所述4F系统中，线阵非相干光源发射的入射光的振幅为1；所述第一振幅型线阵空间光调制器位于第一柱面透镜的前焦面，入射光经过第一柱面透镜聚焦在其后焦面；所述第二振幅型线阵空间光调制器位于第二柱面透镜的前焦面，入射光经过第二柱面透镜聚焦在其后焦面。

所述窄线宽连续激光光源输出光束首先经过起偏器在线起偏，确保偏振消光比大于25dB，光场表示为：

其中，E₀是振幅，

为输出光束初始相位，f₀为输出光束的主振频率，t是时间，exp是以自然常数e为底的指数函数，

窄线宽连续激光首先经过保偏分束器分束，输出光束经分束器99:1比例分为发射光束和本振光束；

本振光束的光场为：

其中，E_LO是本振光束振幅，φ_{n_LO}为本振光束噪声相位,

为输出光束初始相位。

本实施例中，所述的对称伪随机码是伪随机编码器产生伪随机码后，以伪随机码的最后一位为对称中心将前列数据镜像后扩展所形成的；如图2所示，以原4级15比特长度的m序列伪随机码的最后一位为对称中心，将原数据拓展，新生成的29比特长度的伪随机码，定义为对称伪随机码。图2给出29比特长度的m序列对称伪随机码相关运算示意图，图3给出了5级61比特长度的m序列对称伪随机码相关峰值随偏移量的变化，当偏移量不等于0时，相关峰值较低；当偏移量等于0时，出现最大相关峰。所述伪随机码表示为：

其中，ΔT为伪随机码序列码元宽度，k为码元序号，K为码元总数，p(k)为伪随机数，取值为0或1，t是时间，rect代表矩形函数；

所述对称伪随机码的表示方式为：

flip[]表示翻转操作。

所述回波光束的光场表示为:

其中，E_S是回波光束振幅，R是目标距离，f₀为输出光束的主振频率，

为输出光束初始相位，t是时间，c是光速，φ_{n_S}为回波光束引入的噪声相位；exp是以自然常数e为底的指数函数，

是延时对称伪随机码，2K为对称伪随机码元总数，ΔT为伪随机码序列码元宽度；

回波光束与本振光束输入2×4 90°光学桥接器和高速光电平衡探测器进行正交相干接收：

其中，经过2×4 90°光学桥接器混频后的干涉光场四路输出分别为：

同相信号：

正交信号：

式中：I_S是回波光束有关的直流量，I_LO是本振光束有关的直流量，φ_{n_h}为混频噪声相位，E_LO是本振光振幅；

具有正交特性的同相信号和正交信号分别由高速光电平衡探测器进行接收得到相干接收信号，相干接收信号中的同相信号输出为：

相干接收信号中的正交信号输出为：

其中，k_in是同相信号的高速光电探测器响应率，k_qu是正交信号的高速光电探测器响应率；

如果同相信号和正交信号的光电探测器响应率保持一致，由反正切解相可得：

其中

和φ_{n_h}为直流量，利用高通滤波器消除得到回波光束内的延时对称伪随机位相

然后取归一化再经过二值化处理获得延时对称伪随机码

延时对称伪随机码本质上为距离向的一维时间流信号，在4F系统中采用第一振幅型线阵空间光调制器加载延时对称伪随机码的序列；如图4所示，所述第一振幅型线阵空间光调制器中的线阵为离散像素形式，像素尺寸为T_α×T_β，线阵像素数为K，尺寸为L,每个像素中的灰色区域为像素的有效调制区域，尺寸为D_α×D_β；所述第一振幅型线阵空间光调制器的填充因子为D_αD_β/T_αT_β；

所述第一振幅型线阵空间光调制器的数学模型表示为：

其中，

代表第一振幅型线阵空间光调制器的有限孔径因子，

表示每个像素的有效调制孔径因子，

为像素的周期性排列梳状函数，i为正整数；

将延时对称伪随机码的频谱一对一加载到第一振幅型线阵空间光调制器，加载过程实质上是尺度为KΔT的一维时间域信号到尺度为KT_β的一维空域信号的转换；

线阵非相干光源的入射光照射第一振幅型线阵空间光调制器，则第一振幅型线阵空间光调制器对入射光的调制函数为：

入射光经过第一柱面透镜聚焦在其后焦面，等同于完成准确的一维傅里叶变换，第一柱面透镜后焦面的输出光场表示为：

其中

表示傅里叶变换。

所述原对称伪随机码首先经过可变延迟电路得到可变延时对称伪随机码，延迟时间为码元宽度的整数倍，即τ_d＝NΔT，N为正整数，然后可变延时对称伪随机码再经过快速傅里叶变换电路进行快速傅里叶变换，得到可变延时对称伪随机码的频谱，用第二振幅型线阵空间光调制器(构造与第一振幅型线阵空间光调制器相同)加载可变延时对称伪随机码的频谱作为匹配滤波器，表示为：

其中，

代表第一振幅型线阵空间光调制器的有限孔径因子，

表示每个像素的有效调制孔径因子，

为像素的周期性排列函数，i为正整数；P_SY(t-τ_D:2K,ΔT)为可变对称延时伪随机码；

所述第二振幅型线阵空间光调制器位于第二柱面透镜的前焦面，光场表示为：

入射光经过第二柱面透镜聚焦在其后焦面，等同于完成准确的一维傅里叶反变换，第二柱面透镜后焦面的输出光场表示为：

其中

表示卷积运算；

在第二柱面透镜的后焦面得到可变延时对称伪随机码与信号光延时对称伪随机码的卷积；最后通过在第二柱面透镜的后焦面设置光电探测器，当移位延迟

时，卷积运算出现峰值，即出现聚焦点，从而确定目标时延量。

式中，ΔT为伪随机码序列码元宽度，N为位移延迟，c是光速

测距分辨率为：

式中，ΔT为伪随机码序列码元宽度，c是光速。

经测试，本发明的测距分辨率为15cm，测距精度1mm。

综上所述，本发明不仅可以实现高重频激光距离探测，而且探测速度大大的提高，具有整体系统小型化，运行容易的特点。此外，由于传统伪随机码的相关运算，其数据不能颠倒，因此无法用卷积运算代替相关运算，而本发明通过采用对称伪随机码进行测距，其相关运算的峰值对比度下降，采用适当的阈值可以实现相关峰位置的判断，因此实现卷积运算取代相关运算，使得测距的速度大大加快。

Claims (9)

1.对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，其特征在于：雷达平台中激光光源的输出光束通过起偏器起偏后再经保偏分束器分为信号光束和本振光束；伪随机编码器产生对称伪随机码并对信号光束进行高速电光位相调制，然后信号光束发射至目标并接收目标的回波光束，回波光束与本振光束进行相干正交接收，得到相干接收信号；通过第一振幅型线阵空间光调制器加载相干接收信号内的目标延时对称伪随机码的频谱；同时伪随机编码器产生对称伪随机码经可变延时电路后得到可变延时对称伪随机码，再将可变延时对称伪随机码经快速傅里叶变换后得到其频谱，采用第二振幅型线阵空间光调制器加载可变延时对称伪随机码的频谱作为匹配滤波器，最后将可变延时对称伪随机码和目标延时对称伪随机码进行全光聚焦处理得到聚焦点，通过聚焦点的时延量获得远距离目标的高精度距离信息。

2.根据权利要求1所述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，其特征在于：所述的全光聚焦处理得到聚焦点具体是，通过线阵非相干光源发射入射光，入射光首先进入第一振幅型线阵空间光调制器位于第一柱面透镜的前焦面，形成延时对称伪随机码的频谱的加载，并使其聚焦在第一柱面透镜后焦面，然后携带加载好延时对称伪随机码的频谱的入射光再进入第二振幅型线阵空间光调制器位于第二柱面透镜的前焦面，并加载可变延时对称伪随机码的频谱使其聚焦在第二柱面透镜的后焦面，在第二柱面透镜的后焦面形成延时对称伪随机码的频谱与可变延时对称伪随机码的频谱的卷积，再利用光电探测器探测卷积运算出现的峰值，该峰值即为聚焦点。

3.根据权利要求1所述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，其特征在于：所述激光光源的输出光束为经调制的窄线宽连续激光，经起偏器起偏，提高偏振度，光场表示为：

其中，E₀是振幅，

为输出光束初始相位，f₀为输出光束的主振频率，t是时间，exp是以自然常数e为底的指数函数，

4.根据权利要求3所述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，其特征在于：所述输出光束经过保偏分束器分束，小部分能量作为本振光束，光场为：

其中，E_LO是本振光束振幅，φ_{n_LO}为本振光束噪声相位,

为输出光束初始相位。

5.根据权利要求1所述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，其特征在于：所述的对称伪随机码是伪随机编码器产生伪随机码后，以伪随机码的最后一位为对称中心将前列数据镜像后扩展所形成的；所述伪随机码表示为：

其中，ΔT为伪随机码序列码元宽度，k为码元序号，K为码元总数，p(k)为伪随机数，取值为0或1，t是时间，rect代表矩形函数；

所述对称伪随机码的表示方式为：

flip[]表示翻转操作。

6.根据权利要求5所述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，其特征在于：所述回波光束的光场表示为:

其中，E_S是回波光束振幅，R是目标距离，f₀为输出光束的主振频率，

为输出光束初始相位，t是时间，c是光速，φ_{n_S}为回波光束引入的噪声相位；exp是以自然常数e为底的指数函数，

是延时对称伪随机码，2K为对称伪随机码元总数，ΔT为伪随机码序列码元宽度；

回波光束与本振光束输入2×4 90°光学桥接器和高速光电平衡探测器进行正交相干接收：

其中，经过2×4 90°光学桥接器混频后的干涉光场四路输出分别为：

同相信号：

正交信号：

式中：I_S是回波光束有关的直流量，I_LO是本振光束有关的直流量，φ_{n_h}为混频噪声相位，E_LO是本振光振幅；

具有正交特性的同相信号和正交信号分别由高速光电平衡探测器进行接收得到相干接收信号，相干接收信号中的同相信号输出为：

相干接收信号中的正交信号输出为：

其中，k_in是同相信号的高速光电探测器响应率，k_qu是正交信号的高速光电探测器响应率；

如果同相信号和正交信号的光电探测器响应率保持一致，由反正切解相可得：

其中

和φ_{n_h}为直流量，利用高通滤波器消除得到回波光束内的延时对称伪随机位相

然后取归一化再经过二值化处理获得目标延时对称伪随机码

7.根据权利要求6所述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，其特征在于：所述第一振幅型线阵空间光调制器中的线阵为离散像素形式，像素尺寸为T_α×T_β，线阵像素数为K，尺寸为L,每个像素中的灰色区域为像素的有效调制区域，尺寸为D_α×D_β；所述第一振幅型线阵空间光调制器的填充因子为D_αD_β/T_αT_β；

所述第一振幅型线阵空间光调制器的数学模型表示为：

其中，

代表第一振幅型线阵空间光调制器的有限孔径因子，

表示每个像素的有效调制孔径因子，

为像素的周期性排列梳状函数，i为正整数；

将延时对称伪随机码的频谱加载到第一振幅型线阵空间光调制器实质上是尺度为KΔT的一维时间域信号到尺度为KT_β的一维空域信号的转换；

线阵非相干光源的入射光照射第一振幅型线阵空间光调制器，则第一振幅型线阵空间光调制器对入射光的调制函数为：

入射光经过第一柱面透镜聚焦在其后焦面，等同于完成准确的一维傅里叶变换，第一柱面透镜后焦面的输出光场表示为：

其中

表示傅里叶变换；

所述伪随机编码器产生对称伪随机码经可变延时电路后得到可变延时对称伪随机码，延迟时间为码元宽度的整数倍，即τ_d＝NΔT，N为正整数，然后可变延时对称伪随机码再经过快速傅里叶变换电路进行快速傅里叶变换，得到可变延时对称伪随机码的频谱，用第二振幅型线阵空间光调制器加载可变延时对称伪随机码的频谱作为匹配滤波器，表示为：

其中，

代表第一振幅型线阵空间光调制器的有限孔径因子，

表示每个像素的有效调制孔径因子，

为像素的周期性排列函数，i为正整数；P_SY(t-τ_D:2K,ΔT)为可变延时对称伪随机码；

所述第二振幅型线阵空间光调制器位于第二柱面透镜的前焦面，光场表示为：

入射光经过第二柱面透镜聚焦在其后焦面，等同于完成准确的一维傅里叶反变换，第二柱面透镜后焦面的输出光场表示为：

其中

表示卷积运算；

在第二柱面透镜的后焦面得到可变延时对称伪随机码与信号光延时对称伪随机码的卷积；最后通过在第二柱面透镜的后焦面设置光电探测器，当移位延迟

时，卷积运算出现峰值，即出现聚焦点，从而确定目标时延量。

8.根据权利要求7所述的对称伪随机码相位调制全光聚焦相干激光方法，其特征在于：通过目标时延量获得远距离目标的高精度距离信息，目标距离可以通过下式得到：

式中，ΔT为伪随机码序列码元宽度，N为位移延迟，c是光速

测距分辨率为：

式中，ΔT为伪随机码序列码元宽度，c是光速。

9.实现如权利要求1-8任一项所述的双通道伪随机码相位调制光学域解析聚焦相干激光方法的装置，其特征在于：包括窄线宽连续激光光源(1)，所述窄线宽连续激光光源(1)经起偏器(2)依次连接有保偏分束器(3)、高速电光位相调制器(4)和激光放大器(5)；

所述激光放大器(5)的输出端依次连接有光学环形器(6)和光学望远镜(7)；所述光学环形器(6)和保偏分束器(3)还一同连有光学桥接器(8)，所述光学桥接器(8)为2×490°光学桥接器；所述光学桥接器(8)经高速光电平衡探测器(9)连接有高通滤波器(24)，高通滤波器(24)经高速数据采集卡(10)连接有4F系统(11)；所述4F系统(11)包括线阵非相干光源(19)，线阵非相干光源(19)的输出端依次连接有第一振幅型线阵空间光调制器(20)、第一柱面透镜(21)、第二振幅型线阵空间光调制器(22)和第二柱面透镜(23)；所述高速数据采集卡(10)与第一振幅型线阵空间光调制器(20)连接；所述4F系统(11)经光电探测器(12)连接有主控计算机(13)；所述主控计算机(13)经外触发电路(14)连接有伪随机编码器(15)；所述外触发电路(14)还与高速数据采集卡(10)连接；所述伪随机编码器(15)经射频放大器(16)与高速电光位相调制器(4)连接；所述主控计算机(13)与伪随机编码器(15)之间设有可变延时电路(17)，可变延时电路(17)经快速傅里叶变换电路(18)与第二振幅型线阵空间光调制器(22)连接；所述第二柱面透镜(23)经光电探测器(12)与主控计算机(13)连接。

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