CN117970357A - 调频连续波雷达及光源纵模状态自检方法 - Google Patents

调频连续波雷达及光源纵模状态自检方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种调频连续波雷达及光源纵模状态自检方法，其中，所述调频连续波雷达包括：光源，适于以预设周期发射调频光信号，其中，至少一个周期为自检周期，所述光源在所述自检周期内发射的调频光信号为自检信号；检测模块，适于对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态。采用上述方案，能够在不借助外部设备的情况下，实现调频连续波雷达的光源的纵模状态的检测，从而降低检测成本，提高检测效率。

Description

调频连续波雷达及光源纵模状态自检方法
技术领域
本发明实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种调频连续波雷达及光源纵模状态自检方法。
背景技术
窄线宽可调谐光源是激光雷达，尤其是调频连续波(Frequency ModulatedContinuous Wave，FMCW)激光雷达的关键器件。FMCW激光雷达发射调频连续激光作为探测光，被障碍物反射回来的回波信号与相应的探测光信号之间有一定的频移，通过测量频移可以获得障碍物的距离和速度信息，进而实现空间探测。
当前调频连续波激光雷达常用的窄线宽光源通常为外腔激光器(ExternalCavity Laser，ECL)。其中短外腔的激光器不易满足线宽要求；而长外腔的激光器虽然线宽窄，但模式间隔较小，受温度等环境条件变化的影响易产生跳模、多纵模竞争等状态。其中，纵模是指沿谐振腔轴向稳定振荡的光波模式，线宽是指光强下降到极大值的一半时所对应的频率(或波长)范围。多纵模是指在谐振腔内存在多个相对稳定的光波模式，在多纵模状态下会产生多纵模竞争，即光源输出多种频率(或波长)的激光，探测单元无法获取正常的拍频信号，调频连续波激光雷达不能正常运行，因此，需要对调频连续波激光雷达的光源的纵模状态进行检测。
然而，现有的纵模状态检测通常需要借助FP扫描干涉仪或光谱仪等外部设备，不仅成本较高，且只能在激光雷达不工作的时间进行检测，检测效率较低，此种检测方式在众多激光雷达的应用场景中不适用，例如车载激光雷达系统。因此，在不借助外部设备的情况下，实现调频连续波雷达的光源的纵模状态的检测，有待本领域技术人员解决。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种调频连续波雷达及光源纵模状态自检方法，能够在不借助外部设备的情况下，实现调频连续波雷达的光源的纵模状态的检测，从而降低检测成本，提高检测效率。
本发明实施例提供了一种调频连续波雷达，包括：
光源，适于以预设周期发射调频光信号，其中，至少一个周期为自检周期，所述光源在所述自检周期内发射的调频光信号为自检信号；
检测模块，适于对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态。
可选地，所述自检信号为定频调制光信号。
可选地，所述定频调制的调制频率使得所述光源的至少两个纵模间的自拍信号频率小于所述检测模块的带宽，且同一纵模不同边带间的自拍信号频率大于所述检测模块的带宽。
可选地，所述调频连续波雷达在所述自检周期内不向外部空间发射光信号，所述检测模块，适于在一个自检周期内完成纵模状态的检测。
可选地，所述检测模块，适于在检测到所述自检信号的自拍信号时，确定所述光源处于多纵模状态。
可选地，所述光源，适于以预设周期发射调频光信号，其中，至少两个相邻周期均为自检周期；
所述检测模块，适于在至少两个相邻的自检周期内完成纵模状态的检测。
可选地，至少两个相邻自检周期发射的自检信号的调制频率不同。
可选地，所述检测模块，适于在至少两个自检周期检测到自拍信号，且不同自检周期内的自拍信号频率不同时，确定所述光源处于多纵模状态。
可选地，所述光源还具有探测周期，所述光源在所述探测周期内发射的调频光信号为探测信号，适于对所述调频连续波雷达的外部空间进行探测。
可选地，所述探测信号为线性调频光信号，或非线性调频光信号。
可选地，所述光源包括：
激光发射单元，适于发射激光；
调制单元，适于对所述激光进行调制，获得调频光信号。
可选地，所述调频连续波雷达还包括：第一分光单元，适于将所述调频光信号分为本振光信号和出射信号，其中所述本振光信号被传输到所述检测模块。
可选地，所述调频连续波雷达还包括：隔离单元，所述隔离单元包括至少三个端口，其中第一端口适于接收所述出射信号；第二端口使所述出射信号向外部空间出射，并接收所述出射信号被障碍物反射的回波信号；第三端口与所述检测模块耦接，以使所述回波信号被传输到所述检测模块。
可选地，所述检测模块包括：
探测单元，适于接收所述本振光信号，或所述本振光信号和所述回波信号，并将光信号转换为电信号；
处理单元，适于接收所述电信号，并基于所述电信号获取所述光源的纵模状态。
可选地，所述调频连续波雷达还包括：控制模块，适于基于自检启动指令触发所述处理单元获取所述光源的纵模状态。
本发明实施例还提供了一种光源纵模状态自检方法，包括：
光源以预设周期发射调频光信号，其中，至少一个周期为自检周期，所述光源在所述自检周期内发射自检信号；
获取所述自检信号；
对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态。
可选地，所述自检信号为定频调制光信号。
可选地，所述定频调制的调制频率使得所述光源的至少两个纵模间的自拍信号频率小于检测模块的带宽，且同一纵模不同边带间的自拍信号频率大于检测模块的带宽。
可选地，所述对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态，包括：
当在所述自检周期内检测到所述自检信号的自拍信号时，确定所述光源处于多纵模状态。
可选地，所述调频连续波雷达在所述自检周期内不向外部空间发射光信号。
可选地，所述对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态，包括：
当在至少两个相邻自检周期内检测到所述自检信号的自拍信号时，确定所述光源处于多纵模状态。
可选地，所述至少两个相邻自周期的自检信号的调制频率不同，其中，当在至少两个相邻自检周期内检测到的所述自拍信号频率不同时，确定所述光源处于多纵模状态。
采用本发明实施例中的调频连续波雷达，通过光源发射至少一个周期的调频光信号作为自检信号，通过检测模块对所述自检信号进行检测，可以在不借助任何外部设备的情况下，准确确定光源的纵模状态，有效降低检测成本；此外，光源纵模状态的检测过程在雷达探测期间进行，因此可以在不影响雷达正常工作的前提下快速判断光源的纵模状态，检测效率高。
进一步地，通过设置所述定频调制的调制频率使得所述光源的至少两个纵模间的自拍信号频率小于所述检测模块的带宽，且同一纵模不同边带间的自拍信号频率大于所述检测模块的带宽，一方面，可以对光源纵模间的自拍信号进行降频，即光源多个纵模间的自拍信号频率较低，使得检测模块在带宽较小的情况下，也能检测到光源纵模间的自拍信号，并基于所述自拍信号实现确定光源的纵模状态，从而可以降低雷达的设计难度和硬件成本；另一方面，可以防止同一纵模不同边带间的自拍信号对光源多个纵模间的自拍信号的干扰，避免将同一纵模的不同边带误判为多纵模，从而能够获取准确的光源纵模状态检测结果。
进一步地，由于在自检周期内所述调频连续波雷达不向外部空间发射光信号，因此，检测过程中不会产生外部空间反射回来的回波信号，能够有效避免检测过程中出现干扰信号，从而提高检测结果的准确度。
进一步地，所述检测模块，在检测到所述自检信号的自拍信号时，即可确定所述光源处于多纵模状态，不仅不需要借助任何外部设备，而且采用雷达自身的探测系统即可实现光源纵模状态的检测，无需进行硬件改动，故可以降低检测成本。
进一步地，所述光源，适于以预设周期发射调频光信号，其中，至少两个相邻周期均为自检周期，所述检测模块，适于在至少两个相邻的自检周期内完成纵模状态的检测，一方面，通过对比两个自检周期内获取的自拍信号，可以确定光源的纵模状态，另一方面，由于所述检测模块是在多个自检周期内获取的光源纵模状态检测结果，从而可以避免外部空间障碍物反射回波造成的干扰，提高检测的准确度。
进一步地，通过设置至少两个相邻自检周期发射的自检信号的调制频率不同，可以准确判断所述自拍信号是否为纵模间的自拍信号，从而进一步提高检测结果的准确度。
进一步地，所述检测模块，在至少两个自检周期检测到自拍信号，且不同自检周期内的自拍信号频率不同时，即可确定所述光源处于多纵模状态，由此可以避免外部空间障碍物反射回波造成的干扰，提高检测结果准确度。整个检测过程不需要借助任何外部设备，而且采用雷达自身的探测系统即可实现光源纵模状态的检测，无需进行硬件改动，故可以降低检测成本。
进一步地，所述光源还具有探测周期，所述光源在所述探测周期内发射的调频光信号为探测信号，适于对所述调频连续波雷达的外部空间进行探测，因此，能够在不影响雷达正常工作的情况下随时对光源的纵模状态进行检测，对雷达光源的纵模状态进行实时监控。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例中一种调频连续波雷达结构示意图；
图2a示出了本发明实施例中一种单纵模光源的发射信号示意图；
图2b示出了图2a所示的发射信号的调制频谱；
图2c示出了本发明实施例中一种多纵模光源的发射信号示意图；
图2d示出了本发明实施例中图2c所示的发射信号的调制频谱；
图3a示出了本发明实施例中一种定频调制光信号的出射信号与回波信号的频谱示意图；
图3b示出了本发明实施例中另一种定频调制光信号的出射信号与回波信号的频谱示意图；
图4示出了本发明实施例中一种基于单周期自检信号的光源的纵模状态检测时序示意图；
图5示出了本发明实施例中一种基于多周期自检信号的光源的纵模状态检测时序示意图；
图6a至6c示出了本发明实施例中的探测信号频谱示意图；
图7示出了本发明实施例中另一种调频连续波雷达结构示意图；
图8示出了本发明实施例中一种调频连续波雷达具体结构示意图；
图9示出了本发明实施例中一种调频连续波雷达的光源纵模状态自检方法的步骤示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，目前调频连续波激光雷达常用的窄线宽光源通常为外腔激光器，其中短外腔的激光器不易满足线宽要求；而长外腔的激光器虽然线宽窄，但模式间隔较小，受温度等环境条件变化的影响易产生跳模、多纵模竞争等状态，探测单元无法获取正常的拍频信号，调频连续波激光雷达不能正常运行。
当调频连续波雷达的光源处于多纵模状态时，光源输出的激光包含多个纵模(频率或波长)，若探测单元的响应带宽足够大，则可以探测到其光源纵模间的自拍信号，最低自拍信号频率即为纵模间隔。以调频连续波雷达使用腔长为30mm的外腔激光器ECL为例，其纵模间隔约为3.3GHz，若要获取其纵模间的自拍信号，则该调频连续波雷达的探测单元的响应带宽至少为3.3GHz，模数转换器的采样率至少为6.6GS/s。然而，如此高频的探测电路及其配套器件设计难度大，成本高，在激光雷达中很难实现。因此现有的调频连续波雷达通常需要借助FP(Fabry–Pérot)扫描干涉仪或光谱仪等外部设备进行纵模状态的检测，检测成本较高，且效率很低。
针对上述问题，本发明实施例提供一种调频连续波雷达，通过光源发射至少一个周期的调频光信号作为自检信号，并通过检测模块对所述自检信号进行检测，可以在不借助任何外部设备的情况下，准确确定光源的纵模状态，有效降低检测成本；此外，光源纵模状态的检测过程在雷达探测期间进行，因此可以在不影响雷达正常工作的前提下快速判断光源的纵模状态，检测效率高。
为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明实施例，以下对本发明实施例的构思、方案、原理及优点等结合附图，并通过具体应用示例进行详细描述。
首先，本发明实施例提供了一种调频连续波雷达，参照图1所示的一种调频连续波雷达结构示意图，调频连续波雷达LA包括：光源A1和检测模块A2，其中：
所述光源A1，适于以预设周期发射调频光信号，其中，至少一个周期为自检周期，所述光源A1在所述自检周期内发射的调频光信号为自检信号。
所述检测模块A2，适于对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态。
本发明实施例提供的调频连续波雷达，在自检周期内发射自检信号，在光源处于单纵模状态和多纵模状态下，检测模块检测自检信号能够获得不同的检测信息，进而可以确定光源的纵模状态。
采用上述调频连续波雷达LA，通过光源A1发射至少一个周期的调频光信号作为自检信号，并通过检测模块A2对所述自检信号进行检测，可以在不借助任何外部设备的情况下，准确确定光源A1的纵模状态，有效降低检测成本；此外，光源A1纵模状态的检测过程在雷达LA探测期间进行，因此可以在不影响雷达LA正常工作的前提下快速判断光源A1的纵模状态，检测效率高。
为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明实施例方案，以下对本发明实施例中确定所述光源的纵模状态的具体实现方式给出一些具体示例。
为了避免调制信号本身对检测结果的干扰，可以对自检信号进行定频调制，从而能够获取单频的纵模间自拍信号，使得调频连续波雷达可以获取准确的光源纵模状态检测结果。
可以理解的是，本发明实施例并不限制自检信号为定频调制光信号，若光源的纵模边带间的频率间隔较小，自检信号也可以为非定频调制光信号。
在具体实施中，对自检信号进行定频调制时，可以设置定频调制的调制频率满足以下条件：使得所述光源A1的至少两个纵模间的自拍信号频率小于所述检测模块A2的带宽，且同一纵模不同边带间的自拍信号频率大于所述检测模块A2的带宽。
采用上述实施例，一方面，可以对光源纵模间的自拍信号进行降频，即光源多个纵模间的自拍信号频率较低，使得检测模块在带宽较小的情况下，也能检测到光源纵模间的自拍信号，并基于所述自拍信号实现确定光源的纵模状态，从而可以降低雷达的设计难度和硬件成本；另一方面，可以防止同一纵模不同边带间的自拍信号对光源多个纵模间的自拍信号的干扰，避免将同一纵模的不同边带误判为多纵模，从而能够获取准确的光源纵模状态检测结果。
作为一具体示例，参照图2a至图2d，图2a示出了一种单纵模光源的发射信号示意图(未调制)，所述单纵模光源发射光频为ωn,0的纵模n，图2b示出了图2a所示的发射信号的调制频谱，如图2b所示，发射信号经过调制后产生ωn,-1、ωn,+1、ωn,+2等边带。若定频调制的调制频率合适，可以使得纵模n不同边带间的自拍信号频率较大，不在调频连续波雷达的检测模块的响应带宽内，则检测模块无法获取到纵模n不同边带间的自拍信号。
参照图2c所示的一种多纵模光源的发射信号示意图(未调制)，所述多纵模光源发射光频分别为ωn,0和ωm,0的两个纵模n和m，图2d示出了图2c所示的发射信号的调制频谱，如图2d所示，经过调制后每个纵模均产生多阶边带。若定频调制的调制频率合适，可以使得纵模n和m的不同边带的频率靠近，使得纵模n和m间的拍信号频率能够进入调频连续波雷达的检测模块的响应带宽内。如图2d所示的纵模m的载波ωm,0，以及纵模n的+1阶边带ωn,+1。
以下具体阐述调制频率的确定方法。基于上述不同模式光源发射信号的调制结果的不同特点，可以假设光源A1处于多纵模状态，其纵模间隔为ω0。取其任意两个纵模n和m，光频分别为ωn和ωm，设置其调制频率为Ω(t)，则所述纵模n和m调制后的边带频率如下式所示：
纵模n的K阶边带：ωn,K＝ωn+KΩ(t)＝nω0+KΩ(t) (1)
纵模m的G阶边带：ωm,G＝ωm+GΩ(t)＝mω0+GΩ(t) (2)
其中，K,G为任意整数。纵模n和m间的自拍信号频率如下式所示：
Δω(t)＝|ωn-ωm+(K-G)Ω(t)|＝|(n-m)ω0+(K-G)Ω(t)| (3)
由式(3)可知，在调制频率Ω(t)不为常量时，当且仅当K＝G时，Δω(t)为常数，且其最小的非零值为ω0，没有降频效果。
因此，为获取单频的纵模间自拍信号，避免调制信号的干扰，可以固定调制频率：Ω(t)＝Ω0。调频连续波雷达检测模块A2的响应带宽为B，为确保检测模块A2能够获取到光源A1的纵模间自拍信号，即Δω(t)＜B，Ω0需满足以下条件：
另一方面，为防止同一纵模不同边带间自拍信号的干扰，边带间自拍信号的频率(即Ω0)需大于检测模块A2的响应带宽：
Ω0＞B (5)
结合式(4)和式(5)，可以确定Ω0的范围如下：
由上可知，采用公式(6)范围内的频率对光源发射的光进行调制，所获得的调频光信号可作为自检信号，满足至少两个纵模间的自拍信号频率小于检测模块的带宽，且同一纵模不同边带间的自拍信号频率大于所述检测模块的带宽。若光源发射的光存在多个纵模，则多个纵模的不同边带间的频率差落入检测模块的响应带宽内，即调频连续波雷达的检测模块能够检测到自检信号的自拍信号，此时可以确定光源处于多纵模状态。反之，若没有检测到自检信号的自拍信号，可以确定光源处于单纵模状态。
在具体实施中，为了避免检测过程中出现干扰信号，可以设置调频连续波雷达LA在所述自检周期内不向外部空间发射光信号，且所述检测模块A2在一个自检周期内完成纵模状态的检测。
采用上述实施例，由于在自检周期内所述调频连续波雷达不向外部空间发射光信号，因此，检测过程中不会产生外部空间反射回来的回波信号，能够有效避免检测过程中出现干扰信号，从而提高检测结果的准确度。
作为一具体示例，参照图3a及图3b所示的定频调制光信号的出射信号与回波信号的频谱示意图，如图3a所示，其中实线表示调频连续波雷达向外部空间出射的定频调制光信号，虚线表示定频调制光信号被一定距离的障碍物反射的回波信号，障碍物的距离仅引起光信号的时间延迟，而不会引起频率变化，出射信号与回波信号的拍信号为零，因此，定频调制光信号无法检测到距离引起的时间延迟。然而，如图3b所示，其中实线表示调频连续波雷达向外部空间出射的定频调制光信号，虚线表示定频调制光信号被一定距离的运动障碍物反射产生的回波信号。可见，被运动障碍物反射的回波信号相对于出射的定频调制光信号之间产生多普勒频移，两者的拍信号频率也在检测模块的响应带宽内，可以检测到出射的定频调制光信号与回波信号的拍信号。因此，若检测模块A2对自检信号进行检测时，同时检测到运动障碍物的回波信号，则会对检测产生干扰，导致光源的纵模状态的误判。
其中，为消除运动障碍物的回波信号对检测过程的干扰，可以通过关闭调频连续波雷达LA向外部空间发射光信号的通道，确保所述调频连续波雷达LA在所述自检周期内不向外部空间发射光信号。
在本发明一些实施例中，也可以遮挡住调频连续波雷达LA向外部空间发射光信号的通道，使其无法在自检周期内向外部空间发射光信号。
可以理解的是，本发明实施例对具体的关闭或遮挡方式不做限制，只要使得所述调频连续波雷达LA在所述自检周期内不向外部空间发射光信号即可。
在具体实施中，所述检测模块A2，在检测到所述自检信号的自拍信号时，即可确定所述光源处于多纵模状态。具体的，所述调频连续波雷达在自检周期内不向外部空间发射光信号，不存在回波信号的拍信号干扰，则检测模块检测到的自拍信号对应于光源多个纵模的边带间自拍信号，此时在一个自检周期内即可根据检测结果判断光源的多纵模状态。不仅不需要借助任何外部设备，而且采用雷达自身的探测系统即可实现光源纵模状态的检测，无需进行硬件改动，故可以降低检测成本。
作为一具体示例，参照图4所示的一种基于单周期自检信号的光源的纵模状态检测时序示意图，如图4所示，探测周期N为自检周期，所述光源A1在探测周期N发射自检信号，且所述调频连续波雷达LA不向外部空间发射光信号，以光发射状态OFF表示。若探测周期N检测到自拍信号，即可确定光源处于多纵模状态。
具体的，以1/2周期为频率检测段，则每个周期包括两个频率检测段，每个频率检测段检测到的拍信号频率组成频率组，将每个1/2周期对应的拍信号频率组记为{fk}i,(k＝1,2)，i表示第i个探测周期，i＝……，N-1，N，N+1……。则探测周期N包括两个频率组{f1}N、{f2}N，若探测周期N出现明显的自拍信号，检测模块A2检测到的拍信号频率组{f1}N、{f2}N中的频率都是相同的，确定所述光源处于多纵模状态，否则，确定所述光源处于单纵模状态。
在本发明一些实施例中，为了提高检测的准确度，还可以通过控制所述光源A1发射至少两个相邻周期的自检信号，且所述检测模块A2需在至少两个相邻的自检周期内完成纵模状态的检测。
采用上述实施例，一方面，通过对比两个自检周期内获取的自拍信号，可以确定光源的纵模状态，另一方面，由于所述检测模块A2是在多个自检周期内获取的光源纵模状态检测结果，从而可以避免外部空间障碍物反射回波造成的干扰，提高检测的准确度。
在具体实施中，为了进一步提高检测结果的准确度，可以设置至少两个相邻自检周期发射的自检信号的调制频率不同。
采用上述实施例，可以准确判断所述自拍信号是否为纵模间的自拍信号，从而可以进一步提高检测结果的准确度。
作为一具体示例，由于纵模间的自拍信号频率与调制频率相关，因此，若在不同自检周期发射的自检信号的调制频率不同，则不同周期内检测到的纵模间的自拍信号频率也是不同的。然而，由运动障碍物产生的多普勒频移，一方面，其与调制频率不相关；另一方面，在短时间(μs级)内受加速度的限制，可认为障碍物速度几乎不变，因此运动障碍物产生的多普勒频移也几乎维持不变，换言之，在不同的自检周期内检测到的多普勒频移是相同的。由上可知，通过检测不同自检周期内获取的拍信号频率是否相同，可以准确判断所述拍信号是运动障碍物产生的多普勒频移，还是纵模间的自拍信号，从而可以提高检测结果的准确度。
在具体实施中，所述检测模块A2，在至少两个自检周期检测到自拍信号，且不同自检周期内的自拍信号频率不同时，即可确定所述光源处于多纵模状态，由此可以避免外部空间障碍物反射回波造成的干扰，提高检测结果准确度。整个检测过程不需要借助任何外部设备，而且采用雷达自身的探测系统即可实现光源纵模状态的检测，无需进行硬件改动，故可以降低检测成本；进一步，无需控制调频连续波雷达LA在所述自检周期内不向外部空间发射光信号，降低检测复杂度。
作为一具体示例，参照图5所示的一种基于多周期自检信号的光源的纵模状态检测时序示意图，如图5所示，两个连续的探测周期N和探测周期N+1为自检周期，所述光源A1在探测周期N和探测周期N+1内发射自检信号，并且向外部空间发射光信号，光发射状态为ON。探测周期N和探测周期N+1发射的自检信号为定频调制，且调制频率不同，若探测周期N和探测周期N+1均检测到自拍信号，且自拍信号频率不同，即可确定光源处于多纵模状态。
具体的，以1/2周期为频率检测段，则每个周期包括两个频率检测段，每个频率检测段检测到的拍信号频率组成频率组，将每个1/2周期对应的拍信号频率组记为{fk}i,(k＝1,2)，i表示第i个探测周期，i＝……，N-1，N，N+1……。则探测周期N包括两个频率组{f1}N、{f2}N，探测周期N+1包括两个频率组{f1}N+1、{f2}N+1，若拍信号频率组{F1}N、{f2}N内的频率相同、拍信号频率组{f1}N+1、{f2}N+1内的频率相同，且{f1}N、{f2}N和{f1}N+1、{f2}N+1间频率不同，确定所述光源处于多纵模状态，否则，确定所述光源处于单纵模状态。
在具体实施中，若拍信号频率组{f1}N、{f2}N和{f1}N+1、{f2}N+1中的频率均相同，可以确定所述相同的频率是运动障碍物产生的多普勒频移。
需要说明的是，图4和图5所示实施例中以1/2探测周期为频率组中的频率统计时长，在具体应用中，一个探测周期内检测到的拍信号频率可以以其他时长进行统计计算组成频率组，本发明实施例对此不作具体限定。
在本发明一些实施例中，所述光源A1还可以具有探测周期，所述光源A1在所述探测周期内发射的调频光信号为探测信号，适于对所述调频连续波雷达LA的外部空间进行探测，因此，所述调频连续波雷达LA能够在不影响雷达正常工作的情况下随时对光源A1的纵模状态进行检测，对雷达光源A1的纵模状态进行实时监控。
在具体实施中，所述探测信号可以为线性调频光信号，也可以为非线性调频光信号。
作为一具体示例，参照图6a至图6c所示的探测信号频谱示意图，其中实线表示调频连续波雷达出射的光信号频率随时间的变化曲线，虚线表示回波信号的频率随时间的变化曲线。所述探测信号可以为线性调频光信号，如图6a和6b所示；其中图6a所示的线性调频光信号包括两个相邻的扫频段，即频率随时间增加的上扫频段和频率随时间降低的下扫频段，图6b所示的线性调频光信号包括上扫频段、非扫频段(光信号频率不随时间变化)和下扫频段。在其他实施例中，探测信号也可以为非线性调频光信号，即光信号的频率随时间非线性变化，如图6c所示。
可以理解的是，本发明对探测信号的调制形式不作限定，能够对障碍物的距离和速度进行检测即可。
在本发明一些实施例中，参照图7所示的另一种调频连续波雷达结构示意图，调频连续波雷达LA1包括：光源B1和检测模块B2，所述光源B1包括：激光发射单元B11和调制单元B12，其中：
所述激光发射单元B11，适于发射激光。
所述调制单元B12，适于对所述激光进行调制，获得调频光信号。
所述检测模块B2，适于检测所述光源的纵模状态。
采用上述实施例中的调频连续波雷达LA1，通过激光发射单元B11发射至少一个周期的激光，由所述调制单元B12对所述激光进行调制，将获得的调频光信号作为自检信号，所述检测模块B2在不借助任何外部设备的情况下，基于所述自检信号的自拍信号获取所述光源B1的纵模状态。光源纵模状态的检测与调频连续波雷达自身用于对障碍物探测的探测系统共用，无需任何硬件改动，能够有效降低检测成本；此外，光源B1的纵模状态的检测过程在雷达探测期间进行，因此可以在不影响雷达正常工作的前提下快速判断光源的纵模状态，检测效率高。
在具体实施中，继续参照图7，所述调频连续波雷达LA1还可以包括：第一分光单元B3，适于将所述调频光信号分为本振光信号和出射信号，其中所述本振光信号被传输到所述检测模块B2。
在本发明另一些实施例中，继续参照图7，所述调频连续波雷达LA1还可以包括：隔离单元B4，所述隔离单元B4包括至少三个端口，其中第一端口适于接收所述出射信号；第二端口使所述出射信号向外部空间出射，并接收所述出射信号被障碍物反射的回波信号；第三端口与所述检测模块B2耦接，以使所述回波信号被传输到所述检测模块B2。
所述检测模块B2包括：探测单元B21和处理单元B22，其中：
所述探测单元B21，适于接收所述本振光信号，或所述本振光信号和所述回波信号，并将光信号转换为电信号。
所述处理单元B22，适于接收所述电信号，并基于所述电信号获取所述光源的纵模状态。
在本发明一些实施例中，调频连续波雷达在自检周期内不向外部空间发射出射信号，因此自检周期内不会收到回波信号，此时，所述探测单元B21接收隔离单元B4传输的自检信号的本振光信号，获得本振光信号的自拍信号，并转换为电信号，所述处理单元B22根据所述电信号，检测光源的纵模状态。
在本发明另一些实施例中，调频连续波雷达在自检周期内向外部空间发射出射信号，因此自检周期内可能会收到出射信号经障碍物反射的回波信号，此时，所述探测单元B21接收隔离单元B4传输的本振光信号以及回波信号，获得拍信号，并转换为电信号，所述处理单元B22根据所述电信号，检测光源的纵模状态。
在具体实施中，继续参照图7，所述调频连续波雷达LA1还可以包括：控制模块B5，适于基于自检启动指令触发所述处理单元B22获取所述光源B1的纵模状态。
为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明实施例中的调频连续波雷达，以下提供一种具体的调频连续波雷达结构。
结合图7并参照图8所示的一种调频连续波雷达具体结构示意图，如图8所示，所述调频连续波雷达LA2包括：光源C1、检测模块C2、第一分光单元C3及隔离单元C4、控制模块C5；所述光源C1包括：激光器C11和调制器C12，其中：
所述激光器C11，适于发射激光。在本发明一些实施例中，所述激光器C11为外腔激光器。
所述调制器C12，与所述激光器C11耦接，适于对所述激光进行调制，获得调频光信号。
所述第一分光单元C3，与所述调制器C12耦接，适于将所述调频光信号分为本振光信号和出射信号，其中所述本振光信号被传输到所述检测模块C2。
作为一具体示例，所述第一分光单元C3可以为耦合器。
作为一具体示例，所述隔离单元C4可以为环形器，所述环形器包括三个端口，其中第一端口C41与所述第一分光单元C3耦接，适于接收所述出射信号；第二端口C42使所述出射信号向外部空间出射，并接收所述出射信号被障碍物反射的回波信号；第三端口C43与所述检测模块C2耦接，以使所述回波信号被传输到所述检测模块C2。
在本发明一些实施例中，所述隔离单元C4还可以采用偏振分束器。
所述检测模块C2包括：探测单元和处理单元，其中：
所述探测单元，适于接收所述本振光信号，或所述本振光信号和所述回波信号，并将光信号转换为电信号。
所述处理单元，适于接收所述电信号，并基于所述电信号获取所述光源的纵模状态。
作为一具体示例，所述探测单元包括第二分光单元C21和光电探测器。在具体实施中，第二分光单元C21可以为耦合器。光电探测器包括探测器C22和探测器C23。其中，第二分光单元C21将接收到的光信号分为两路，分别传输到探测器C22和C23，探测器C22和C23分别将光信号转换为电信号，并传输给所述处理单元。
作为一具体示例，所述处理单元为信号处理单元(Signal Processing Unit，SPU)。
作为一具体示例，所述控制模块C5可以采用主处理器(Main Processing Unit，MPU)，适于基于自检启动指令触发所述处理单元获取所述外腔激光器B11的纵模状态。同时，所述控制模块C5还适于在自检周期内控制所述光源C1发射自检信号。
采用上述实施例中的调频连续波雷达，通过激光器C11发射至少一个周期的激光，由所述调制器C12对所述激光进行调制，将获得的调频光信号作为自检信号，所述自检信号经过所述耦合器C3被分为本振光信号和出射信号，所述本振光信号、和/或所述本振光信号以及出射信号被障碍物反射的回波信号被隔离单元C4传输到检测模块C2，其中耦合器C21进行分光后分别传输至探测器C22及探测器C23，通过两个探测器产生直流相同、交流反相的电信号，处理单元C24对所述电信号进行接收和处理，获取所述激光器C11的纵模状态。不仅不需要借助任何外部设备，而且光源纵模状态的检测与调频连续波雷达自身用于对障碍物探测的探测系统共用，无需任何硬件改动，能够有效降低检测成本；此外，激光器C11纵模状态的检测过程在雷达探测期间进行，因此可以在不影响雷达正常工作的前提下快速判断激光器C11的纵模状态，检测效率高。
本发明实施例还提供了一种调频连续波雷达的光源纵模状态自检方法，参照图9所示的一种调频连续波雷达的光源纵模状态自检方法的步骤示意图，具体可以采用如下步骤进行光源纵模状态自检：
步骤A，光源以预设周期发射调频光信号，其中，至少一个周期为自检周期，所述光源在所述自检周期内发射自检信号。
步骤B，获取所述自检信号。
步骤C，对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态。
采用上述光源纵模状态自检方法，通过控制光源发射至少一个周期的调频光信号作为自检信号，并对所述自检信号进行检测，可以在不借助任何外部设备的情况下，准确确定光源的纵模状态，有效降低检测成本；此外，光源纵模状态的检测过程在雷达探测期间进行，因此可以在不影响雷达正常工作的前提下快速判断光源的纵模状态，检测效率高。
在具体实施中，为了避免调制信号本身对检测结果的干扰，可以对自检信号进行定频调制，从而能够获取单频的纵模间自拍信号，使得调频连续波雷达可以获取准确的光源纵模状态检测结果。
可以理解的是，本发明实施例并不限制自检信号为定频调制光信号，若光源的纵模边带间的频率间隔较小，自检信号也可以为非定频调制光信号。
在具体实施中，对自检信号进行定频调制时，可以设置定频调制的调制频率满足以下条件：使得所述光源的至少两个纵模间的自拍信号频率小于检测模块的带宽，且同一纵模不同边带间的自拍信号频率大于检测模块的带宽。其中，确定定频调制的调制频率的具体实现示例可以参见前述调频连续波雷达的具体示例，此处不再一一赘述。
采用上述实施例，一方面，可以对光源纵模间的自拍信号进行降频，即光源多个纵模间的自拍信号频率较低，使得检测模块在带宽较小的情况下，也能检测到光源纵模间的自拍信号，并基于所述自拍信号实现确定光源的纵模状态，从而可以降低雷达的设计难度和硬件成本；另一方面，可以防止同一纵模不同边带间的自拍信号对光源多个纵模间的自拍信号的干扰，避免将同一纵模的不同边带误判为多纵模，从而能够获取准确的光源纵模状态检测结果。
在具体实施中，当在所述自检周期内检测到所述自检信号的自拍信号时，即可确定所述光源处于多纵模状态。具体的，若光源发射的光存在多个纵模，则多个纵模的不同边带间的频率差落入检测模块的响应带宽内，即调频连续波雷达的检测模块能够检测到自检信号的自拍信号，此时可以确定光源处于多纵模状态。反之，若没有检测到自检信号的自拍信号，可以确定光源处于单纵模状态。不仅不需要借助任何外部设备，而且采用雷达自身的探测系统即可实现光源纵模状态的检测，无需进行硬件改动，故可以降低检测成本。
在具体实施中，为了避免检测过程中出现干扰信号，可以设置调频连续波雷达在所述自检周期内不向外部空间发射光信号，且检测模块在一个自检周期内完成纵模状态的检测。其中，设置所述调频连续波雷达在所述自检周期内不向外部空间发射光信号的具体实现示例可以参见前述调频连续波雷达的具体示例，此处不再一一赘述。
采用上述实施例，由于在自检周期内所述调频连续波雷达不向外部空间发射光信号，因此，检测过程中不会产生外部空间反射回来的回波信号，能够有效避免检测过程中出现干扰信号，从而提高检测结果的准确度。
在本发明一些实施例中，当在至少两个相邻自检周期内检测到所述自检信号的自拍信号时，即可确定所述光源处于多纵模状态。
采用上述实施例，一方面，通过对比两个相邻自检周期内获取的自拍信号，可以确定光源的纵模状态，另一方面，由于是在多个自检周期内获取的光源纵模状态检测结果，从而可以避免外部空间障碍物反射回波造成的干扰，提高检测的准确度。
在具体实施中，为了进一步提高检测结果的准确度，可以设置至少两个相邻自检周期发射的自检信号的调制频率不同，当在至少两个相邻自检周期内检测到的所述自拍信号频率不同时，即可确定所述光源处于多纵模状态。
采用上述实施例，可以准确判断所述自拍信号是否为纵模间的自拍信号，从而能够进一步提高检测结果的准确度。此外，由于整个检测过程不需要借助任何外部设备，而且采用雷达自身的探测系统即可实现光源纵模状态的检测，无需进行硬件改动，故可以降低检测成本；进一步，无需控制调频连续波雷达在所述自检周期内不向外部空间发射光信号，降低检测复杂度。
虽然本发明实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (22)

1.一种调频连续波雷达，其特征在于，包括：
光源，适于以预设周期发射调频光信号，其中，至少一个周期为自检周期，所述光源在所述自检周期内发射的调频光信号为自检信号；
检测模块，适于对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态。
2.根据权利要求1所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述自检信号为定频调制光信号。
3.根据权利要求2所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述定频调制的调制频率使得所述光源的至少两个纵模间的自拍信号频率小于所述检测模块的带宽，且同一纵模不同边带间的自拍信号频率大于所述检测模块的带宽。
4.根据权利要求1所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述调频连续波雷达在所述自检周期内不向外部空间发射光信号，所述检测模块，适于在一个自检周期内完成纵模状态的检测。
5.根据权利要求4所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述检测模块，适于在检测到所述自检信号的自拍信号时，确定所述光源处于多纵模状态。
6.根据权利要求1所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述光源，适于以预设周期发射调频光信号，其中，至少两个相邻周期均为自检周期；
所述检测模块，适于在至少两个相邻的自检周期内完成纵模状态的检测。
7.根据权利要求6所述的调频连续波雷达，其特征在于，至少两个相邻自检周期发射的自检信号的调制频率不同。
8.根据权利要求7所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述检测模块，适于在至少两个自检周期检测到自拍信号，且不同自检周期内的自拍信号频率不同时，确定所述光源处于多纵模状态。
9.根据权利要求1所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述光源还具有探测周期，所述光源在所述探测周期内发射的调频光信号为探测信号，适于对所述调频连续波雷达的外部空间进行探测。
10.根据权利要求9所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述探测信号为线性调频光信号，或非线性调频光信号。
11.根据权利要求1所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述光源包括：
激光发射单元，适于发射激光；
调制单元，适于对所述激光进行调制，获得调频光信号。
12.根据权利要求1所述的调频连续波雷达，其特征在于，还包括：第一分光单元，适于将所述调频光信号分为本振光信号和出射信号，其中所述本振光信号被传输到所述检测模块。
13.根据权利要求12所述的调频连续波雷达，其特征在于，还包括：隔离单元，所述隔离单元包括至少三个端口，其中第一端口适于接收所述出射信号；第二端口使所述出射信号向外部空间出射，并接收所述出射信号被障碍物反射的回波信号；第三端口与所述检测模块耦接，以使所述回波信号被传输到所述检测模块。
14.根据权利要求13所述的调频连续波雷达，其特征在于，所述检测模块包括：
探测单元，适于接收所述本振光信号，或所述本振光信号和所述回波信号，并将光信号转换为电信号；
处理单元，适于接收所述电信号，并基于所述电信号获取所述光源的纵模状态。
15.根据权利要求14所述的调频连续波雷达，其特征在于，还包括：控制模块，适于基于自检启动指令触发所述处理单元获取所述光源的纵模状态。
16.一种调频连续波雷达的光源纵模状态自检方法，其特征在于，包括：
光源以预设周期发射调频光信号，其中，至少一个周期为自检周期，所述光源在所述自检周期内发射自检信号；
获取所述自检信号；
对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态。
17.根据权利要求16所述的自检方法，其特征在于，所述自检信号为定频调制光信号。
18.根据权利要求17所述的自检方法，其特征在于，所述定频调制的调制频率使得所述光源的至少两个纵模间的自拍信号频率小于检测模块的带宽，且同一纵模不同边带间的自拍信号频率大于检测模块的带宽。
19.根据权利要求18所述的自检方法，其特征在于，所述对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态，包括：
当在所述自检周期内检测到所述自检信号的自拍信号时，确定所述光源处于多纵模状态。
20.根据权利要求19所述的自检方法，其特征在于，所述调频连续波雷达在所述自检周期内不向外部空间发射光信号。
21.根据权利要求18所述的自检方法，其特征在于，所述对所述自检信号进行检测，以确定所述光源的纵模状态，包括：
当在至少两个相邻自检周期内检测到所述自检信号的自拍信号时，确定所述光源处于多纵模状态。
22.根据权利要求21所述的自检方法，其特征在于，所述至少两个相邻自周期的自检信号的调制频率不同，其中，当在至少两个相邻自检周期内检测到的所述自拍信号频率不同时，确定所述光源处于多纵模状态。
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