CN114839644A - 一种激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种激光雷达系统。其包括：天线、激光器光源、光电信号转换装置、相位控制装置、第一叠加器、第二叠加器以及目标信息分析模块。第一叠加器用于对至少两路相位相同的中频电信号进行相干叠加处理，得到第一目标信号，从而实现增强回波信号信噪比。同时，为了避免相位控制模块无法较好的实现相位调整的功能，第二叠加器用于对所述至少两路中频电信号进行频域或时域上的非相干叠加处理，得到第二目标信号，也能够实现增强信号信噪比的目标；目标信息分析模块用于对第一目标信号和第二目标信号进行综合分析处理，得到回波光信号的特性信息，这样得到的特征信息信噪比更高、更加精确。

Description

一种激光雷达系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种激光雷达系统。

背景技术

激光雷达是通过探测目标与激光相互作用之后产生光信号的特性来获取目标相关信息的光学遥感技术，主要的工作波段为近红外、可见光以及紫外等，通常具有发射波束较窄，且能量集中，对于探测微小颗粒物有着独特的优势。激光雷达广泛应用在大气探测，例如大气风场探测、云-气溶胶探测，和气体成分探测等多种应用。激光雷达以其高测量精度和精细的时空分辨率而成为一种重要的主动遥感工具。

由于激光雷达所发射的激光波长较短，在空气中传播的过程中，会与大气中的粒子发生相互作用，造成激光束能量的随着传播距离的增加而衰减，因此激光雷达所能实现的探测距离很大程度上依赖于激光的能量。然而由于激光在传播过程受大气分子和气溶胶的影响，激光的能量随距离的增加而快速衰减，因此传统的激光雷达探测距离大大受限。同时，由于受到外界同波段的光的干扰，会提高激光雷达接收机的噪声，从而降低接收信号信噪比。

传统激光雷达系统的光学收发天线，通常由光学镜筒对接收到的后向散射回波光信号进行聚焦，并通过一根光纤对聚焦后的光信号传输至下一级进行处理。但经过光学镜筒聚焦后的回波光信号，其光斑半径通常大于光纤的半径，因此会造成回波光信号能量的浪费。此外，对于不在接收机带宽内的噪声，可以采用加装滤光片的途径来滤除这部分干扰，从而提高信噪比。对于处在接收机带宽内的噪声，由于这部分噪声叠加在回波信号上，如果接收机无法从信号中有效甄别出噪声，对于随机噪声而言，会造成有效信号强度的随机涨落，从而降低信号的信噪比，因此现有的激光雷达系统信噪比较低。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提高现有激光雷达系统的信噪比。

本申请提供一种激光雷达系统,其包括：天线、激光器光源、光电信号转换装置、相位控制装置、第一叠加器、第二叠加器以及目标信息分析模块；

所述激光器光源用于产生出射激光信息；所述天线用于发射所述出射激光信息同时接收大气反射后的回波光信号；所述光电信号转换装置用于对所述出射激光信息和接收到的回波光信号进行混频处理，得到至少两路中频电信号；所述相位控制装置用于对所述两路中频电信号进行相位调节处理，得到至少两路相位相同的中频电信号；所述第一叠加器用于对所述至少两路相位相同的中频电信号进行相干叠加处理，得到第一目标信号；

所述第二叠加器用于对所述两路中频电信号进行时域和/或频域上的非相干叠加处理，得到第二目标信号；

所述目标信息分析模块用于对所述第一目标信号和第二目标信号进行综合分析处理，得到所述回波光信号的特性信息。

在一种实施例中，所述激光器光源包括种子激光器、移频器和放大器；

所述种子激光器用于产生本振光信号并基于该本振光信号产生种子激光信号；所述移频器用于对所述种子激光信号的频率进行偏移处理；所述放大器用于对偏移处理后的种子激光信号进行功率放大，得到所述出射激光信息。

在一种实施例中，所述天线包括至少两根光纤；

所述两根光纤分别用于接收大气反射后的回波光信号，对应得到两路回波光信号。

在一种实施例中，所述光电信号转换装置包括至少两个光电转换模块；

其中，每个光电转换模块用于将一路回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到一路中频电信号；从而得到至少两路中频电信号；

在一种实施例中，所述相位控制装置包括至少一个相位控制模块，该相位控制模块用于对所述两路中频电信号进行相位调节处理，得到两路相位相同的中频电信号。

在一种实施例中，所述第一叠加器包括至少一个叠加模块；

所述叠加模块用于对所述相位控制模块输出的两路相位相同的中频电信号进行相干叠加处理，得到所述第一目标信号；

所述第二叠加器包括至少一个叠加模块，该叠加模块用于对所述两路中频电信号进行时域上的非相干叠加处理，得到所述第二目标信号。

在一种实施例中，还包括频谱变换装置，所述频谱变换装置包括至少两个频谱变换模块；

所述两个频谱变换模块分别用于对所述两个光电转换模块输出的两路中频电信号进行频谱变换，得到两路频域电信号；

所述第二叠加器包括至少一个叠加模块，该叠加模块用于对所述两路频域电信号进行频域上的非相干叠加处理，得到所述第二目标信号。

在一种实施例中，所述天线包括第一光纤、第二光纤和第三光纤；所述第一光纤、第二光纤和第三光纤分别用于接收大气反射后的回波光信号，对应得到第一回波光信号、第二回波光信号和第三回波光信号；

所述光电信号转换装置包括第一光电转换模块、第二光电转换模块和第三光电转换模块；所述第一光电转换模块用于对所述第一回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到第一中频电信号；所述第二光电转换模块用于对所述第二回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到第二中频电信号；所述第三光电转换模块用于对所述第三回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到第三中频电信号；

所述相位控制装置包括第一相位控制模块和第二相位控制模块；所述第一相位控制模块用于对所述第二中频电信号和第三中频电信号进行相位调节处理，得到第四中频电信号；所述第二相位控制模块用于对所述第一中频电信号和第三中频电信号进行相位调节处理，得到第五中频电信号；所述第四中频电信号和第五中频电信号的相位相同；

所述第一叠加器包括第一叠加模块和第二叠加模块；所述第一叠加模块用于对所述第三中频电信号和第四中频电信号进行相干叠加处理，得到第六中频电信号；所述第二叠加模块用于对所述第五中频电信号和第六中频电信号进行相干叠加处理，得到所述第一目标信号；

所述频谱变换装置包括第一频谱变换模块、第二频谱变换模块和第三频谱变换模块；所述第一频谱变换模块用于对所述第一中频电信号进行频谱变换，得到第一频域电信号；所述第二频谱变换模块用于对所述第二中频电信号进行频谱变换，得到第二频域电信号；所述第三频谱变换模块用于对所述第三中频电信号进行频谱变换，得到第三频域电信号；

所述第二叠加器包括第三叠加模块和第四叠加模块；所述第三叠加模块用于对所述第一频域电信号和第二频域电信号进行非相干叠加处理，得到第四频域电信号；所述第四叠加模块用于对所述第三频域电信号和第四频域电信号进行非相干叠加处理，得到所述第二目标信号。

在一种实施例中，还包括环形器，所述环形器包括第一端口、第二端口和第三端口；

所述环形器的第一端口与所述激光器光源通信连接；所述环形器的第二端口与所述第二光纤通信连接；所述环形器的第三端口与所述第三光电转换模块通信连接；所述第二光纤接收到的第二回波光信号通过所述环形器的第三端口输出给所述第三光电转换模块。

在一种实施例中，所述第一相位控制模块和第二相位控制模块结构相同；

其中，所述第一相位控制模块包括光纤相位延迟器单元、信号控制器单元和相位差检测单元；所述光纤相位延迟器单元用于接收所述第二中频电信号并发送给所述相位差检测单元；所述相位差检测单元用于接收所述第三中频电信号，并检测所述第二中频电信号和第三中频电信号的相位差，并将该相位差发送给所述信号控制器单元；所述信号控制单元用于根据所述相位差生成对应的电压信号；所述光纤相位延迟器单元用于在所述电压信号的控制下对第二中频电信号进行相位调节处理，使得所述第二中频电信号的相位和第三中频电信号的相位相同。

据上述实施例的激光雷达系统,激光器光源用于产生出射激光信息；天线用于发射出射激光信息同时接收大气反射后的回波光信号；光电信号转换装置用于对出射激光信息和接收到的回波光信号进行混频处理，得到至少两路中频电信号；相位控制装置用于对两路中频电信号进行相位调节处理，得到至少两路相位相同的中频电信号；第一叠加器用于对至少两路相位相同的中频电信号进行相干叠加处理，得到第一目标信号，从而实现增强回波信号信噪比。同时，为了避免相位控制模块无法较好的实现相位调整的功能，第二叠加器用于对两路中频电信号进行时域和/或频域上的非相干叠加处理，得到第二目标信号，也能够实现增强信号信噪比的目标；目标信息分析模块用于对第一目标信号和第二目标信号进行综合分析处理，得到回波光信号的特性信息，这样分析得到的特征信息信噪比更高、更加精确。

附图说明

图1为本申请实施例的激光雷达系统整体结构示意图；

图2为本申请实施例的第一光电转换模块的结构示意图；

图3为本申请实施例的第一相位控制模块结构示意图；

图4为本申请实施例的光纤阵列接头结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。

激光雷达接收机接收到的信号除了经大气散射的激光信号外，还有外部环境的自然光噪声等，这部分噪声会降低接收信号的信噪比，造成最大探测距离缩短的问题。为提高接收信号的信噪比，本申请采用非相干叠加和相干叠加的方式来实现。对于非相干叠加，通过对不同时刻接收到的多路后向散射回波光信号首先变换到频域，再进行叠加，从而增强回波光信号的信噪比，这种叠加方式不需要保证相位相同。对于相干叠加，通过对同一时刻接收到的多个激光回波信号直接做相加处理，但由于大气湍流效应，会造成激光信号中每个激光散斑的后向散射回波光信号的相位发生随机抖动。在无法保证相位相同的情况下，直接对信号进行相加并不能减弱噪声，甚至会造成有效信号的衰减。因此在进行相干叠加时，保证多个信号之间的相位相同十分重要。

一般的，激光雷达系统接收到的信号除了经大气散射的激光信号外，还有外部环境的自然光噪声等，这部分噪声会降低接收信号的信噪比，造成最大探测距离缩短的问题。为提高接收信号的信噪比，本申请采用非相干叠加和相干叠加的方式来实现。对于非相干叠加，通过对不同时刻接收到的多路后向散射回波光信号首先变换到频域，再进行叠加，从而增强回波光信号的信噪比，这种叠加方式不需要保证相位相同。对于相干叠加，通过对同一时刻接收到的多个激光回波信号直接做相加处理，但由于大气湍流效应，会造成激光信号中每个激光散斑的后向散射回波光信号的相位发生随机抖动。在无法保证相位相同的情况下，直接对信号进行相加并不能减弱噪声，甚至会造成有效信号的衰减。因此在进行相干叠加时，保证多个信号之间的相位相同十分重要。

在本发明实施例中，通过采用多根光纤并列放置组成光纤阵列的方式来接收多组激光回波信号。系统可实现相干叠加或非相干叠加的方式来增强回波光信号的信噪比。对于相干叠加，以其中一路激光回波信号为基准，使用相位差检测模块测量其他路信号与基准信号之间的相位差，并根据相位差调整对应路信号的相位，使之与基准信号保持相同相位。在满足了相位相同的条件后，再对多组信号进行叠加，从而避免了因相位不同而导致叠加后信噪比减小的情况发生。对于中频电信号的非相干叠加，可以在时域或频域中进行非相干叠加都可以得到第二目标信号。换言之，可以直接对中频电信号进行时域上的叠加，还可以通过将接收到的多路回波光信号首先进行频谱变化，变换到频域后再进行频域上的非相干叠加，也能够达到增强回波光信号信噪比的目的。

实施例一：

本实施例提供一种激光雷达系统,其包括：天线、激光器光源、光电信号转换装置、相位控制装置、第一叠加器、第二叠加器以及目标信息分析模块；激光器光源用于产生出射激光信息；天线用于发射出射激光信息同时接收大气反射后的回波光信号；光电信号转换装置用于对出射激光信息和接收到的回波光信号进行混频处理，得到至少两路中频电信号；相位控制装置用于对两路中频电信号进行相位调节处理，得到至少两路相位相同的中频电信号；第一叠加器用于对至少两路相位相同的中频电信号进行相干叠加处理，得到第一目标信号，从而实现增强回波信号信噪比；所述第二叠加器用于对两路中频电信号进行时域和/或频域上的非相干叠加处理，得到第二目标信号；通过非相干叠加处理也能够实现增强信号信噪比的目标。目标信息分析模块用于对第一目标信号和第二目标信号进行综合分析处理，得到回波光信号的特性信息目标信息分析模块用于对所述第一目标信号和第二目标信号进行综合分析处理，得到回波光信号的特性信息。

在一种实施例中，天线包括至少两根光纤；两根光纤分别用于接收大气反射后的回波光信号，对应得到两路回波光信号。

在一种实施例中，光电信号转换装置包括至少两个光电转换模块；其中，每个光电转换模块用于将一路回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到一路中频电信号，从而得到至少两路中频电信号。

在一种实施例中，相位控制装置包括至少一个相位控制模块，该相位控制模块用于对两路中频电信号进行相位调节处理，得到两路相位相同的中频电信号。在一种实施例中，第一叠加器包括至少一个叠加模块；叠加模块用于对相位控制模块输出的两路相位相同的中频电信号进行相干叠加处理，得到第一目标信号。例如，得到两路中频电信号后，将两路中频电信号输入到相位控制模块中，相位控制模块以其中一路中频电信号的相位为基准信号，对另一路中频电信号进行调节，使得输出的中频电信号与基准信号的相位相同。然后，再将基准信号与调节后的中频电信号输入到叠加模块中进行相干叠加处理，得到第一目标信号。

在一种实施例中，第二叠加器包括至少一个叠加模块，该叠加模块用于对所述两路中频电信号进行时域上的非相干叠加处理，得到第二目标信号。

在一种实施例中，激光雷达系统还包括频谱变换装置，所述频谱变换装置包括至少两个频谱变换模块；两个频谱变换模块分别用于对所述两个光电转换模块输出的两路中频电信号进行频谱变换，得到两路频域电信号；第二叠加器包括至少一个叠加模块，该叠加模块用于对所述两路频域电信号进行频域上的非相干叠加处理，得到第二目标信号。

实施例二：

请参考图1，本实施例提供一种收发一体的光纤阵列式激光雷达系统,其包括：天线101、激光器光源103、光电信号转换装置104、相位控制装置105、频谱变换装置108、第一叠加器106、第二叠加器109以及目标信息分析模块107。其中，激光器光源103用于产生出射激光信息；本实施例的天线101为收发一体的光学收发天线，天线101用于发射出射激光信息同时接收大气反射后的回波光信号；光电信号转换装置104用于对出射激光信息和接收到的回波光信号进行混频处理，得到至少两路中频电信号；相位控制装置105用于对三路中频电信号进行相位调节处理，得到至少两路相位相同的中频电信号；第一叠加器106用于对至少两路相位相同的中频电信号进行相干叠加处理，得到第一目标信号，从而实现增强回波信号信噪比。频谱变换装置108用于对光电信号转换装置输出的至少三路中频电信号进行频谱变换，将其从时域信号转换成至少三路频域电信号；第二叠加器109用于对至少两路频域电信号进行频域上的非相干叠加处理，得到第二目标信号，通过非相干叠加处理也能够实现增强信号信噪比的目标。目标信息分析模块107用于对第一目标信号和第二目标信号进行综合分析处理，得到回波光信号的特性信息。

其中，本实施例的激光器光源103包括种子激光器205、移频器204和放大器203。种子激光器205用于产生本振光信号并基于该本振光信号产生种子激光信号；移频器204用于对所述种子激光信号的频率进行偏移处理，一般来说，移频器204对信号的频率偏移较少；放大器203用于对偏移处理后的种子激光信号进行功率放大，得到出射激光信息。

光学收发天线101用于发射和接收激光信号，其包括一根用于向大气发射激光信号、和至少一根用于接收大气反射后的后向散射回波光信号的光纤。本实施例以三个光纤为例进行说明，本实施例的天线101包括第一光纤214、第二光纤213和第三光纤202；第一光纤214、第二光纤213和第三光纤202分别用于接收大气反射后的回波光信号，对应得到第一回波光信号、第二回波光信号和第三回波光信号。第二光纤213与环形器102的第二端口信号连接，其用于向外部大气发射环形器102传输的激光信号，并接收激光信号发射后经大气发射的后向散射回波光信号，第二光纤213所接收的后向散射回波光信号经环形器102的第二端口进入环形器102，再从环形器102的第三端口输出至光电信号转换装置104。第一光纤214和第三光纤202均与环形器102不连接，因此第一光纤214和第三光纤202不向大气发射激光信号，其只负责接收第二光纤213向大气发射的激光信号后经大气反射的后向散射回波光信号，第一光纤214和第三光纤202也与光电信号转换装置104连接，其将所接收的后向散射回波光信号输出至光电信号转换装置104。

在本实施例中，第一光纤214和第三光纤202相对设于第二光纤213的两侧，三根光纤均位于光学收发天线101的末端出光口位置，同时，第一光纤214、第二光纤213和第三光纤202具有相同的轴线，使得三根光纤能够同时接收到后向散射回波光信号。光学收发天线101接收到的激光后向散射回波光信号共被分为三路，分别是第一光纤214所接收的第一路后向散射回波光信号(即第一回波光信号)、第二光纤213所接收的第二路后向散射回波光信号(即第二回波光信号)和第三光纤202所接收的第三路后向散射回波光信号(即第三回波光信号)。

其中，本实施例的光电信号转换装置104包括第一光电转换模块206、第二光电转换模块207和第三光电转换模块208；第一光电转换模块206用于对第一回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到第一中频电信号；第二光电转换模块207用于对第二回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到第二中频电信号；第三光电转换模块208用于对第三回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到第三中频电信号。在本实施例中，以第三光电转换模块208输出的第三中频电信号为基准信号，分别送入第一相位控制模块209和第二相位控制模块210，此外，第一相位控制模块209的另一路输入与第二光电转换模块207输出的第二中频电信号连接，第二相位控制模块210的另一路输入与第一光电转换模块206输出的中频电信号连接。第一相位控制模块209调整第二光电信号转换模块207输出的中频电信号的相位与第三光电信号转换模块208输出的中频电信号相同，第二相位控制模块210调整第一光电转换模块206输出的中频电信号的相位与第三光电转换模块208输出的中频电信号相同。

本实施例的第一光纤214与第二光电转换模块207通信连接，第二光纤213与第三光电信号转换模块208通信连接，第三光纤202与第一光电转换模块206通信连接，第二光纤213通过环形器102的第二端口将其接受的后向散射回波光信号传入环形器102，再通过环形器102的第三端口将后向散射回波光信号输出至第三光电转换模块208。第一光纤214和第三光纤202分别直接将其接收的后向散射回波光信号输出至第二光电信号转换模块207和第一光电信号转换模块206。三路后向散射回波光信号分别与相同的本振光信号进行混频处理后，得到三路中频电信号。相位控制装置105用于调整光电信号转换装置104输出的中频电信号的相位，保证多路信号之间具有相同的初始相位。

其中，本实施例的光电信号转换装置104中的三个光电转换模块具有相同的结构，本实施例以其中第一光电转换模块206为例进行说明。请参考图2，第一光电转换模块206包括平衡探测器单元301。平衡探测器单元301借助光纤耦合同时接收激光器光源提供的本振光信号和光学收发天线接收到的后向散射回波光信号，将后向散射回波光信号和本振光信号进行混频后将后向散射回波光信号转换为中频电信号。

本实施例的相位控制装置105包括第一相位控制模块209和第二相位控制模块210；第一相位控制模块209用于对第二中频电信号和第三中频电信号进行相位调节处理，得到第四中频电信号；第二相位控制模块210用于对第一中频电信号和第三中频电信号进行相位调节处理，得到第五中频电信号；调节后的第四中频电信号和第五中频电信号的相位相同，保证多路信号之间具有相同的初始相位，以使得第四中频电信号和第五中频电信号可以进行相干叠加。

其中，第一叠加器106包括第一叠加模块211和第二叠加模块212；第一叠加模块211用于对第三中频电信号和第四中频电信号进行相干叠加处理，得到第六中频电信号；第二叠加模块212用于对第五中频电信号和第六中频电信号进行相干叠加处理，得到第一目标信号。具体的，第三光电转换模块208的输出端和第一相位控制模块209的输出端分别与第一叠加模块211的两个输入端连接，第一叠加模块211对第三光电信号转换模块208和第一相位控制模块209输出的两路中频电信号进行相干叠加后，将相干叠加后的第六中频电信号输出至第二叠加模块212的一个输入端，第二相位控制模块210的输出端与第二叠加模块212的另一个输入端连接，第二叠加模块212对其两个输入端输入的信号进行相干叠加后第一目标信号，输出第一目标信号至目标信息分析模块107。

在一种实施例中，当相位控制模块105不能实现对中频电信号的相位控制时，此时对输出的中频电信号进行叠加，无法较好的达到增强信号信噪比的预期。为避免这一情况的出现，本实施例的激光系统还包括频谱变换装置108。对光电转换模块输出的中频电信号从时域转换到频域后传输至第二叠加器109进行叠加，这样无需保证信号之间的相位相同，也可以实现信号信噪比的增强，是一种非相干叠加方式。

具体的，本实施例的频谱变换装置108包括第一频谱变换模块215、第二频谱变换模块216和第三频谱变换模块217；第一频谱变换模块215用于对第一中频电信号进行频谱变换，得到第一频域电信号；第二频谱变换模块216用于对第二中频电信号进行频谱变换，得到第二频域电信号；第三频谱变换模块217用于对第三中频电信号进行频谱变换，得到第三频域电信号。换言之，三路后向散射回波光信号分别与相同的本振光信号进行混频处理后，得到三路中频电信号。

其中，第二叠加器109包括第三叠加模块218和第四叠加模块219；第三叠加模块218用于对第一频域电信号和第二频域电信号进行非相干叠加处理，得到第四频域电信号；第四叠加模块219用于对第三频域电信号和第四频域电信号进行非相干叠加处理，得到第二目标信号。结合附图1可知，其中第一频谱变换模块215的输出端和第二频谱变换模块216的输出端分别与第三叠加模块218连接，第三叠加模块218对第一频谱变换模块215和第二频谱变换模块216输出的两路频谱信号进行非相干叠加后，将非相干叠加后的信号输出至第四叠加模块219的一个输入端，第三频谱变换模块217的输出端与第四叠加模块219的另一个输入端连接。第四叠加模块219对两个输入端输入的信号进行非相干叠加后，输出第二目标信号至目标信息分析模块107。

本实施例的激光雷达系统还包括环形器102，环形器102是将进入其任一端口的入射波信号，按照一定方向顺序传入下一端口的多端口器件，其能够单向传输高频信号能量。本实施例的环形器102包括第一端口、第二端口和第三端口。环形器102的第一端口与激光器光源103通信连接；环形器102的第二端口与第二光纤213通信连接；环形器102将从第一端口进入的激光信号经过第二端口传输至光学收发天线101，环形器102的第三端口与第三光电转换模块208通信连接；第二光纤213接收到的第二回波光信号通过环形器102的第三端口输出给第三光电转换模块208。

本实施例的第一相位控制模块209和第二相位控制模块210的结构相同。其中，如图3，第一相位控制模块209包括光纤相位延迟器单元401、信号控制器单元402和相位差检测单元403；光纤相位延迟器单元401的输入端用于接收待调整光信号，其对待调整光信号的相位进行调制后输出至相位差检测单元403。本实施例中的光纤相位延迟器单元401中包括一晶体，其能够在电场电压的作用下利用晶体材料压电胀缩效应对本振光信号的相位进行调制，并将相位调制后的本振光信号输出至相位差检测单元403。具体的，本实施例中光纤相位延迟器单元401用于接收第二中频电信号并发送给相位差检测单元403；相位差检测单元403用于接收第三中频电信号，并检测第二中频电信号和第三中频电信号的相位差，并将该相位差发送给信号控制器单元402；信号控制单元402用于根据相位差生成对应的电压信号；光纤相位延迟器单元401用于在所述电压信号的控制下对第二中频电信号进行相位调节处理，使得第二中频电信号的相位和第三中频电信号的相位相同。叠加器106用于将多路具有相同初始相位的中频电信号进行相干叠加，得到相干叠加后的中频电信号，将中频电信号输出至目标信息分析模块107。

本实施例的目标信息分析模块107用于对第一叠加器106和第二叠加器109输出的信号进行反演计算，以得到后向散射回波光信号的相关特性。

在一种实施例中，该激光系统还包括与目标信息分析模块107通信连接的输出模块，例如输出模块选用显示器，输出模块用于显示目标信息分析模块107的分析结果。

请参考图4，图4为一种实施例的光纤阵列接头的结构示意图。其中，本实施例的接头包括陶瓷体221和接头保护套220，陶瓷体221为一个通信接头，用于和其他设备进行插拔连接，接头保护套220防止使用人员在插拔时对内部光纤造成损坏。在本实施例中，光纤接头内部包含三根光纤，以相同的轴线并列放置，并在接头末端分根引出。本实施例的光纤外部套有包层，内部为光纤芯。

在本发明实施例中，每个光纤接收一个后向散射信号的激光散斑，并将接收到的后向散射信号传输至光电转换模块转换为中频电信号。每路中频电信号传输至相位控制模块，进行相位调整，以保证每路中频电信号之间都具有相同的初始相位。经相位调整后的中频电信号传输至叠加器进行相干叠加，从而实现增强回波信号信噪比。同时，为了避免相位控制模块无法较好的实现相位调整的功能，光电信号转换模块输出的中频电信号还会传输至频谱变换模块，将中频电信号从时域变换到频域。转换为频域后的信号送至叠加器进行非想干叠加，也能够实现增强信号信噪比的目标。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种激光雷达系统,其特征在于，包括：天线、激光器光源、光电信号转换装置、相位控制装置、第一叠加器、第二叠加器以及目标信息分析模块；

所述激光器光源用于产生出射激光信息；所述天线用于发射所述出射激光信息同时接收大气反射后的回波光信号；所述光电信号转换装置用于对所述出射激光信息和接收到的回波光信号进行混频处理，得到至少两路中频电信号；所述相位控制装置用于对所述两路中频电信号进行相位调节处理，得到至少两路相位相同的中频电信号；所述第一叠加器用于对所述至少两路相位相同的中频电信号进行相干叠加处理，得到第一目标信号；

所述第二叠加器用于对所述两路中频电信号进行时域或频域上的非相干叠加处理，得到第二目标信号；

所述目标信息分析模块用于对所述第一目标信号和第二目标信号进行综合分析处理，得到所述回波光信号的特性信息。

2.如权利要求1所述的激光雷达系统,其特征在于，所述激光器光源包括种子激光器、移频器和放大器；

所述种子激光器用于产生本振光信号并基于该本振光信号产生种子激光信号；所述移频器用于对所述种子激光信号的频率进行偏移处理；所述放大器用于对偏移处理后的种子激光信号进行功率放大，得到所述出射激光信息。

3.如权利要求2所述的激光雷达系统,其特征在于，所述天线包括至少两根光纤；

所述两根光纤分别用于接收大气反射后的回波光信号，对应得到两路回波光信号。

4.如权利要求3所述的激光雷达系统,其特征在于，所述光电信号转换装置包括至少两个光电转换模块；

其中，每个光电转换模块用于将一路回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到一路中频电信号；从而得到至少两路中频电信号。

5.如权利要求4所述的激光雷达系统,其特征在于，所述相位控制装置包括至少一个相位控制模块，该相位控制模块用于对所述两路中频电信号进行相位调节处理，得到两路相位相同的中频电信号。

6.如权利要求5所述的激光雷达系统,其特征在于，所述第一叠加器包括至少一个叠加模块；

所述叠加模块用于对所述相位控制模块输出的两路相位相同的中频电信号进行相干叠加处理，得到所述第一目标信号；

所述第二叠加器包括至少一个叠加模块，该叠加模块用于对所述两路中频电信号进行时域上的非相干叠加处理，得到所述第二目标信号。

7.如权利要求4所述的激光雷达系统,其特征在于，还包括频谱变换装置，所述频谱变换装置包括至少两个频谱变换模块；

所述两个频谱变换模块分别用于对所述两个光电转换模块输出的两路中频电信号进行频谱变换，得到两路频域电信号；

所述第二叠加器包括至少一个叠加模块，该叠加模块用于对所述两路频域电信号进行频域上的非相干叠加处理，得到所述第二目标信号。

8.如权利要求2所述的激光雷达系统,其特征在于，所述天线包括第一光纤、第二光纤和第三光纤；所述第一光纤、第二光纤和第三光纤分别用于接收大气反射后的回波光信号，对应得到第一回波光信号、第二回波光信号和第三回波光信号；

所述光电信号转换装置包括第一光电转换模块、第二光电转换模块和第三光电转换模块；所述第一光电转换模块用于对所述第一回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到第一中频电信号；所述第二光电转换模块用于对所述第二回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到第二中频电信号；所述第三光电转换模块用于对所述第三回波光信号和本振光信号进行混频处理，得到第三中频电信号；

所述相位控制装置包括第一相位控制模块和第二相位控制模块；所述第一相位控制模块用于对所述第二中频电信号和第三中频电信号进行相位调节处理，得到第四中频电信号；所述第二相位控制模块用于对所述第一中频电信号和第三中频电信号进行相位调节处理，得到第五中频电信号；所述第四中频电信号和第五中频电信号的相位相同；

所述第一叠加器包括第一叠加模块和第二叠加模块；所述第一叠加模块用于对所述第三中频电信号和第四中频电信号进行相干叠加处理，得到第六中频电信号；所述第二叠加模块用于对所述第五中频电信号和第六中频电信号进行相干叠加处理，得到所述第一目标信号；

所述频谱变换装置包括第一频谱变换模块、第二频谱变换模块和第三频谱变换模块；所述第一频谱变换模块用于对所述第一中频电信号进行频谱变换，得到第一频域电信号；所述第二频谱变换模块用于对所述第二中频电信号进行频谱变换，得到第二频域电信号；所述第三频谱变换模块用于对所述第三中频电信号进行频谱变换，得到第三频域电信号；

所述第二叠加器包括第三叠加模块和第四叠加模块；所述第三叠加模块用于对所述第一频域电信号和第二频域电信号进行非相干叠加处理，得到第四频域电信号；所述第四叠加模块用于对所述第三频域电信号和第四频域电信号进行非相干叠加处理，得到所述第二目标信号。

9.权利要求8所述的激光雷达系统,其特征在于，还包括环形器，所述环形器包括第一端口、第二端口和第三端口；

所述环形器的第一端口与所述激光器光源通信连接；所述环形器的第二端口与所述第二光纤通信连接；所述环形器的第三端口与所述第三光电转换模块通信连接；所述第二光纤接收到的第二回波光信号通过所述环形器的第三端口输出给所述第三光电转换模块。

10.权利要求8所述的激光雷达系统,其特征在于，所述第一相位控制模块和第二相位控制模块结构相同；

其中，所述第一相位控制模块包括光纤相位延迟器单元、信号控制器单元和相位差检测单元；所述光纤相位延迟器单元用于接收所述第二中频电信号并发送给所述相位差检测单元；所述相位差检测单元用于接收所述第三中频电信号，并检测所述第二中频电信号和第三中频电信号的相位差，并将该相位差发送给所述信号控制器单元；所述信号控制单元用于根据所述相位差生成对应的电压信号；所述光纤相位延迟器单元用于在所述电压信号的控制下对第二中频电信号进行相位调节处理，使得所述第二中频电信号的相位和第三中频电信号的相位相同。

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