CN209417303U - 一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光雷达，涉及探测雷达技术领域。该激光雷达包括激光器、光分路器、望远镜系统、信号转换及分路模块和偏振控制模块；光分路器将激光器生成的激光分成一路本振光和一路发射光；望远镜系统将发射光发射至探测目标并接收从探测目标返回的回波信号光；信号转换及分路模块基于本振光和回波信号光获得差频信号；偏振控制模块基于差频信号将本振光旋转至与回波信号光相同的偏振态。该激光雷达将本振光的偏振态调节至与回波信号光相同，提高雷达输出信号的信噪比。

Description

一种激光雷达

技术领域

本实用新型涉及探测雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达。

背景技术

相干多普勒测风激光雷达具有信噪比高、探测灵敏度高、对背景太阳光不敏感等优点，能够在晴空下获得高空间分辨率、高时间分辨率及高精度的大气风速分布信息，在气象研究、机场风切变探测、大气湍流探测及跟踪、飓风追踪、飞机涡流探测、军事环境预报等有广泛的应用。

现有的相干多普勒测风激光雷达将连续激光分束为本振光以及发射到目标空间与大气中的气溶胶粒子发生散射的发射光，散射的回波信号由光学收发系统进行收集，收集的回波信号与本振光混频，混频信号经光电探测器后得到输出两束光带有多普勒频移的差频信号。此差频信号经信号处理系统，反演计算得到气溶胶粒子的径向运动速度，通过检测发射信号与回波信号的时间差可以确定目标距离，但是在相干探测激光雷达中，本振光和大气背向散射回波信号光经过不同光路(无论是整个系统是自由空间光学器件组成，或者是全光纤器件封闭熔接而成)，经历不同程度的偏振双折射效应(如光纤内温度、应力等引起的偏振双折射效应、大气中的气溶胶背向散射引起的退偏效应、激光散斑效应)，大气中气溶胶背向散射回波信号光在自由空间环境及光纤传输过程中，偏振方向受各种相关扰动因素发生退偏。进而导致上述信号混频后，进入光电探测器信号幅度发生随机波动，使信噪比恶化。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种激光雷达，以解决现有技术中相干激光雷达输出信号的信噪比低的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括激光器、光分路器、望远镜系统、信号转换及分路模块和偏振控制模块。所述光分路器将所述激光器生成的激光分成一路本振光和一路发射光；所述望远镜系统将所述发射光发射至探测目标并接收从所述探测目标返回的回波信号光；所述信号转换及分路模块基于所述本振光和所述回波信号光获得差频信号；所述偏振控制模块基于所述差频信号将所述本振光旋转至与所述回波信号光相同的偏振态。

上述实施例将激光分成本振光和发射光，将发射光放射至探测目标处，接收探测目标反射回来的回波信号光，采用信号转换及分路模块获得本振光和回波信号光的差频信号，通过偏振控制模块基于该差频信号将本振光旋转至于回波信号光相同的偏振态，从而提高激光雷达输出的频谱信号的信噪比，从而提高雷达测量精度。

综合第一方面，所述信号转换及分路模块包括光耦合器和光电探测器。所述光耦合器将所述本振光和所述回波信号光进行混频；所述光电探测器将混频获得的光信号转换为电信号，并且将所述本振光和所述回波信号光的差频信号输出至所述偏振控制模块。

上述实施例将本振光和回波信号光混频后转换为电信号，以使偏振控制模块采用电子学控制方式对光信号完成实时反馈控制，提高了偏振态控制的即时性和精确度。

综合第一方面，所述偏振控制模块包括依次连接的微分误差处理电路、伺服反馈环路和偏振态旋转器件。所述微分误差处理电路对所述信号转换及分路模块传输来的所述差频信号进行微分误差处理，并将微分误差处理获得的误差信号传输至所述伺服反馈环路；所述伺服反馈环路基于所述误差信号与相对零点的偏差控制所述偏振态旋转器件对所述本振光的偏振态进行旋转。

上述实施例采用伺服反馈环路基于微分误差处理电路获得的误差信号控制偏振态旋转器件将本振光的偏振态旋转至与回波信号光相同，通过跟踪误差信号相对零点的偏差做到对本振光偏振态的实时调节，从而提高了激光雷达的适用性、响应速度和测量精确度。

综合第一方面，所述微分误差处理电路和所述伺服反馈环路可以集成于比例-积分-微分反馈控制器。

综合第一方面，所述偏振态旋转器件还分别与所述光分路器以及所述光耦合器连接。所述偏振态旋转器件将从所述光分路器接收的所述本振光传输至所述光耦合器。

综合第一方面，所述激光雷达还包括光移频器。所述光移频器将所述光分路器传来的所述发射光进行频移后传输至所述望远镜系统。

综合第一方面，所述激光雷达还包括光放大器。所述光放大器将所述光移频器传来的所述发射光进行信号放大后传输至所述望远镜系统。

上述实施例将需要发射的发射光信号进行移频和放大，保证了望远镜系统射出的发射光和其接收的回波信号光的强度，从而提高了激光雷达的测量精度。

综合第一方面，所述激光雷达还包括光环形器。所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口接收所述光分路器传输来的所述发射光，所述第二端口将所述发射光输出至所述望远镜系统，所述第二端口还接收所述回波信号光，所述第三端口将所述回波信号光输出至所述信号转换及分路模块，其中，光信号不能从所述第一端口传输到所述第三端口且不能从所述第二端口传输至所述第一端口。

上述实施例通过光环形器将发射光、回波信号光进行分流，避免发射光和回波信号光相互之间产生干扰，进一步提高了激光雷达的测量精度。

综合第一方面，所述激光雷达还包括与所述信号转换及分路模块连接的信号处理模块。所述信号处理模块对所述差频信号反演计算获得所述探测目标的速度。

综合第一方面，所述信号转换及分路模块还包括电信号分路器。所述电信号分路器将所述差频信号分为两路，并将一路差频信号传输至所述偏振控制模块，将另一路差频信号传输至所述信号处理模块。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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为现有测风激光雷达中光电探测器的输出电压信号局部放大图；

图2为本实用新型第一实施例提供的一种激光雷达10的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例提供的一种信号转换及分路模块14的结构示意图；

图4为本实用新型第一实施例提供的一种偏振控制模块15的结构示意图；

图5为本实用新型第一实施例提供的一种误差信号示意图；

图6为本实用新型第二实施例提供的一种激光雷达20的结构示意图。

图标：10-激光雷达；11-激光器；12-光分路器；13-望远镜系统；14-信号转换及分路模块；141-光耦合器；142-光电探测器；143-电信号分路器；15-偏振控制模块；151-微分误差处理电路；152-伺服反馈环路；153-偏振态旋转器件；16-光移频器；17-光放大器；18-光环形器；19-信号处理单元；20-激光雷达。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

经本申请人研究发现，现有的相干多普勒测风激光雷达工作原理：由相干光源发出频率为f的连续激光，经分束后，一路作为本振光源，另一路经移频、放大后输出频率为f+f_IF的高功率激光信号；高功率激光信号经光学收发系统射向目标空间，大气中的气溶胶粒子会对激光束产生散射，气溶胶粒子在不停地运动，由于多普勒效应，散射光会发生频率漂移，频移量Δf的大小与气溶胶粒子的径向运动速度有关；散射的回波信号由光学收发系统进行收集，收集的回波信号与本振光混频，混频信号经光电探测器后得到输出两束光带有多普勒频移的差频信号；此差频信号经信号处理系统，反演计算得到气溶胶粒子的径向运动速度；通过检测发射信号与回波信号的时间差可以确定目标距离。在相干混频探测中，光电探测器的输出电压信号局部放大后如图1所示，为简便计，且不失一般性，图1局部放大信号横坐标(时间)、纵坐标(电压幅值)作无量纲归一化处理。光电探测器的输出电压信号的一般数学表达形式为：U_out＝U₀[1+V(θ)cos(2πf_IFt+φ)]。其中，U₀为输出电压振幅峰-峰值，由本振光和回波信号光的平均光强度共同决定；f_IF为探测中频(IntermediateFrequency)，是系统设计决定的定值；φ为本振光和回波信号光相对相位差；V(θ)为光电信号干涉对比度(本振光偏振态与回波信号光偏振态之间的相对旋转角θ(0≤θ≤π)，本实施例仅讨论偏振扰动对干涉信号对比度的影响)。本振光偏振态与回波信号光偏振态之间的相对旋转角θ(0≤θ≤π)是影响干涉对比度V(θ)的重要参数，相互关系如下：显见，当θ＝0时(即本振光与回波信号光偏振态保持一致时)，干涉对比度达到最大值V₀(即图1中心最大值处)，光电探测器输出的干涉信号最清晰，时域模拟信号经高速数字采样、傅里叶变换后，得出的频谱信号信噪比最佳。当θ≠0时(即本振光与回波信号光偏振存在相对旋转时)，干涉对比度逐渐减小并偏离最大值，时域信号转换成频谱信号后，信噪比恶化。但是现有的测风或其他用途的相干探测激光雷达中，本振光和大气背向散射回波信号光经过不同光路(无论是整个系统是自由空间光学器件组成，或者是全光纤器件封闭熔接而成)，经历不同程度的偏振双折射效应(如光纤内温度、应力等引起的偏振双折射效应、大气中的气溶胶背向散射引起的退偏效应、激光散斑效应)。大气中气溶胶背向散射回波信号光在自由空间环境及光纤传输过程中，偏振方向受各种相关扰动因素发生退偏。从而导致上述信号混频后，进入光电探测器信号幅度发生随机波动，使信噪比恶化，使现有相干混频激光雷达存在系统信噪比低，影响雷达探测精度的问题，为了解决上述问题，本实用新型第一实施例提供了一种激光雷达10。

请参考图2，图2为本实用新型第一实施例提供的一种激光雷达10的结构示意图。

激光雷达10包括激光器11、光分路器12、望远镜系统13、信号转换及分路模块14和偏振控制模块15，其中，激光器11的输出端与光分路器12的输入端连接，光分路器12的输出端将本振光传输至信号转换及分路模块14及偏振控制模块15的输入端，光分路器12的输出端还将发射光传输至望远镜系统13，信号转换及分路模块14与偏振控制模块15连接。

激光器11用于提供激光雷达10所需要的相干激光源，该激光器11可以根据系统具体设计波长、激光噪声水平、发射激光功率要求，选择合适的相干光源。

本实施例中的激光器11可以是但不限于是，光通信领域广泛使用的分布反馈激光二极管(Distributed Feedback Laser Diode，DFB-LD)、分布布拉格反射激光二极管(Distributed Bragg Reflector Laser Diode，DBR-LD)、外腔激光二极管(ExternalCavity Laser Diodes，ECDL)、垂直腔表面发射激光器(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，VCSEL)等。

由于同一激光源发出的激光波长分布范围很窄，其振动、频率、相位都高度一致，因此可以基于激光的相干性进行相干探测，而进行相干探测需要相干的发射光和本振光，因此本实施例的激光雷达10采用光分路器12将激光器11产生的相关性强的激光分为本振光和发射光，发射光用于发射至探测目标以获得回波信号光，本振光作为参考光。

本实施例中的光分路器12可根据具体设计指标和光路结构选择合适器件，例如可以是但不限于是全光纤光路结构或自由空间光路结构，在光分路器12为全光纤结构时可以选择光通信领域常用的不同分路比的光纤分路器，在光分路器12为自由空间光路结构时可以选择各种光学玻璃材质的分束器(Beam Splitter，BS)、偏振分束器(Polarization BeamSplitter，PBS)等。

本实施例望远镜系统13用于将发射光发射到探测目标所在空间，还用于接收该探测目标反射回来的回波信号光并将该回波信号光传输至信号转换及分路模块14，因此望远镜系统13可以是光学探测领域常用的能够将远处目标进行视角平行放大、将光束平行发射至远处探测目标并接收外部入射光束的光学系统。应当理解的是，该望远镜系统13的发射及接收光束的角度可以根据具体需求进行调整。

信号转换及分路模块14接收光分路器12分路获得的本振光以及探测目标反射的回波信号光，并对本振光和回波信号光进行混频及差频信号提取。请参考图3，图3为本实用新型第一实施例提供的一种信号转换及分路模块14的结构示意图。

信号转换及分路模块14可以包括光耦合器141和光电探测器142，其中，光耦合器141的输入端分别与光分路器12以及望远镜系统13连接，光电探测器142的输入端与光耦合器141的输出端连接，光电探测器142的输出端与偏振控制模块15连接。

光耦合器141从光分路器12处接收本振光并且从望远镜系统13接收回波信号光，并将本振光和回波信号光进行混频。应当理解的是，本实施例中的光耦合器141可以是光通信领域中常用的光纤耦合器。

光电探测器142将接收到的混频光信号转换为电信号，并基于该电信号输出回波信号光和本振光的差频信号，差频信号即回波信号光和本振光合波后得到的频率为两者之差的信号。

应当理解的是，本实施例中的光电探测器142可以根据系统设计波长，选择对应光电材料制成的探测器，例如硅(Si)或铟镓砷(InGaAs)光电二极管(Photodiode，PD)、光电倍增管(Photo-Multiplier Tube，PMT)、雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)等。

作为一种可选的实施方式，本实施例中的信号转换及分路模块14还包括与光电探测器142连接的电信号分路器143，该电信号分路器143将光电探测器142传输来差频信号分为两路电信号，分别将两路差频信号发送至偏振控制模块15和进行探测目标距离、速度测试的处理设备。

应当理解的是，上述电信号分路器143可根据分路比、电功率大小等，选择一般射频电子学中常用的各种规格功率分配器，以将分光比较小的一路信号输出到偏振控制模块15。

请参考图4，图4为本实用新型第一实施例提供的一种偏振控制模块15的结构示意图。

偏振控制模块15包括微分误差处理电路151、伺服反馈环路152和偏振态旋转器件153，其中，微分误差处理电路151的输入端与信号转换及分路模块14输出差频信号的端口连接，微分误差处理电路151的输出端通过伺服反馈环路152与偏振态旋转器件153的输入端连接，偏振态旋转器件153的输出端用于输出偏振态调整后的本振光。作为一种可选的实施方式，本实施例中光分路器12输出的本振光也可以通过偏振态旋转器件153输入光耦合器141。

微分误差处理电路151对输入的差频信号做微分误差处理，并将处理后获得的误差信号传输至伺服反馈环路152，以使伺服反馈环路152控制偏振态旋转器件153对本振光进行偏振态的调整。

本实施例中，微分误差处理电路151和伺服反馈环路152可以是电子学中常用的反馈控制电路，例如可以是但不限于是集成微分误差处理电路151和伺服反馈环路152的比例-积分-微分(PID)反馈控制器，PID反馈控制器为闭环控制系统(closed-loop controlsystem)，被控对象的输出(被控制量)会返送回来影响控制器的输入，形成一个或多个闭环。本实施例中伺服反馈环路152对微分误差处理电路151确定的误差信号进行相对零点偏差跟踪，基于该偏差控制偏振态旋转器件153将本振光的偏振态调整至与回波信号光相同，从而提高了激光雷达10的适用性、响应速度和测量精确度。

应当理解的是，本实施例中的偏振态旋转器件153用于调整本振光的偏振态，该偏振态旋转器件153可以是但不限于是光纤偏振控制器、自由空间偏振控制器、液晶偏振旋转控制器或其他类型的偏振态调整器件。

接下来对如何通过偏振控制模块15实现本振光的偏振态实时校正进行说明：微分误差处理电路151接收电信号分路器143输出的作为偏振态反馈控制的原始信号；该原始信号经微分误差处理电路151产生如图5所示的误差信号(微分误差信号)，图1中的中心最大值处对应图5中的中心零点处，只要偏离此零点，即可认为本振光与大气散射的回波信号光的偏振态之间发生相对旋转；将该误差信号送入伺服反馈环路152，实时跟踪此误差信号相对零点的偏差，进而反馈控制偏振态旋转器件153，使本振光的偏振态实时跟随旋转。基于上述原理，合理设计伺服反馈电学参数(如频率响应、鲁棒性等)，即可实现相对零点偏差最小化，使本振光与大气背向散射回波信号光的偏振态始终保持一致。

本实用新型实施例提供的激光雷达10将激光分成本振光和发射光，接收发射光发射至探测目标后被反射回来的回波信号光，采用信号转换及分路模块14获得本振光和回波信号光的差频信号，通过偏振控制模块15基于该差频信号将本振光旋转至于回波信号光相同的偏振态，从而提高激光雷达10输出的频谱信号的信噪比，从而提高雷达测量精度。

第二实施例

请参考图6，图6为本实用新型第二实施例提供的一种激光雷达20的结构示意图。

激光雷达20包括激光器11、光分路器12、望远镜系统13、信号转换及分路模块14、偏振控制模块15、光移频器16、光放大器17和光环形器18，其中，激光器11、光分路器12、望远镜系统13、信号转换及分路模块14、偏振控制模块15与第一实施例的设置与连接方式相同，光移频器16、光放大器17和光环形器18依次连接在光分路器12和望远镜系统13之间。光分路器12输出的发射光经光移频器16、光放大器17移频和放大后通过光环形器18发送至望远镜系统13，从而发射至探测目标的所在目标空间。进一步地，望远镜系统13接收的探测目标反射的回波信号光也通过光环形器18传输至信号转换及分路模块14。

光移频器16可以根据实际应用中探测系统的中频选择，可以是但不限于是商用的光纤耦合或自由空间耦合的声光调制器(Acousto-Optical Modulator，AOM)。由于激光雷达10的测量目标是气溶胶，因此要求激光在大气中传输时既有一定的透过率又要有一定反射率，因此本实施例中的光移频器16的可选波段可以为1.5微米、2微米、10微米或其他适合波段。在本实施例中光移频器16接收到的发射光的频率为f，其输出的发射光频率移频f_IF后为f+f_IF。

光放大器17用于提高输出信号光的能量，可以根据相干光源波长、设计放大增益值、放大带宽，选择合适的光放大器，例如，光通信领域广泛使用的掺铒光纤放大器(ErbiumDoped Fiber Amplifier，EDFA)、铒镱共掺光纤放大器、半导体光放大器(SemiconductorOptical Amplifier，SOA)等。

光环形器18包括第一端口、第二端口和第三端口，在本实施例中，第一端口为Ⅰ端口，第二端口为Ⅱ端口，第三端口为Ⅲ端口，则Ⅰ端口接收通过光分路器12及光移频器16、光放大器17传输来的发射光，Ⅱ端口将发射光输出至望远镜系统13，Ⅱ端口还用于接收望远镜系统13传输来的回波信号光，Ⅲ端口将回波信号光输出至信号转换及分路模块14，其中，光信号不能从Ⅰ端口传输到Ⅲ端口且不能从Ⅱ端口传输至所述Ⅰ端口。应当理解的是，本实施例中的光环形器18可以是全光纤光路结构的偏振(非)相关光纤环形器等，还可以是自由空间光路结构的偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)、波片(Waveplate，WP)组合实现光环形器功能的环形器。

上述实施例通过光环形器18将发射光、回波信号光进行分流，避免发射光和回波信号光相互之间产生干扰，进一步提高了激光雷达10的测量精度。

作为一种可选的实施方式，本实施例中的激光雷达20还可以包括信号处理单元19，信号处理单元19与电信号分路器143的输出端连接，用于基于差频信号反演计算得到探测目标的径向速度。

激光雷达20的工作原理为：由激光器11发出频率为f的连续激光，经光分路器12分束后，一路作为本振光源，另一路经光移频器16、光放大器17移频、放大后由光环形器18的Ⅱ端口输出频率为f+f_IF的高功率激光信号；高功率激光信号经望远镜系统13射向目标空间。大气中的气溶胶粒子会对激光束产生散射，由于多普勒效应，散射光会叠加一个多普勒频移，频移量Δf的大小与气溶胶粒子的径向运动速度有关，散射的回波信号光由光学收发系统(望远镜系统13)进行收集，收集的回波信号光与本振光被光耦合器141混频，混频信号经光电探测器142后得到带有回波信号光和本振光的多普勒频移的差频信号，此差频信号经电信号分路器143分为两路，一路进入信号处理单元19，经过反演计算得到气溶胶粒子的径向运动速度，通过检测发射光的发射时间与回波信号光的接收时间的时间差可以确定目标距离；电信号分路器143分出的另一路电信号作为偏振态反馈控制所需的原始信号，经微分误差处理电路151后产生微分误差信号，此微分误差信号送入伺服反馈环路152，实时跟踪此微分误差信号相对零点的偏差，进而反馈控制偏振态旋转器件153，使本振光的偏振态实时跟随旋转，与回波信号光偏振态保持一致。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种激光雷达，激光雷达将激光分成本振光和发射光，接收发射光发射至探测目标后被反射回来的回波信号光，采用信号转换及分路模块14获得本振光和回波信号光的差频信号，通过偏振控制模块15基于该差频信号将本振光旋转至与回波信号光相同的偏振态，从而提高激光雷达输出的频谱信号的信噪比，从而提高雷达测量精度。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本实用新型的多个实施例的装置的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、的一部分，

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括激光器、光分路器、望远镜系统、信号转换及分路模块和偏振控制模块；

所述光分路器将所述激光器生成的激光分成一路本振光和一路发射光；

所述望远镜系统将所述发射光发射至探测目标并接收从所述探测目标返回的回波信号光；

所述信号转换及分路模块基于所述本振光和所述回波信号光获得差频信号；

所述偏振控制模块基于所述差频信号将所述本振光旋转至与所述回波信号光相同的偏振态。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述信号转换及分路模块包括光耦合器和光电探测器；

所述光耦合器将所述本振光和所述回波信号光进行混频；

所述光电探测器将混频获得的光信号转换为电信号，并且将所述本振光和所述回波信号光的差频信号输出至所述偏振控制模块。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述偏振控制模块包括依次连接的微分误差处理电路、伺服反馈环路和偏振态旋转器件；

所述微分误差处理电路对所述信号转换及分路模块传输来的所述差频信号进行微分误差处理，并将微分误差处理获得的误差信号传输至所述伺服反馈环路；

所述伺服反馈环路基于所述误差信号与相对零点的偏差控制所述偏振态旋转器件对所述本振光的偏振态进行旋转。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述微分误差处理电路和所述伺服反馈环路可以集成于比例-积分-微分反馈控制器。

5.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述偏振态旋转器件还分别与所述光分路器以及所述光耦合器连接；

所述偏振态旋转器件将从所述光分路器接收的所述本振光传输至所述光耦合器。

6.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括光移频器；

所述光移频器将所述光分路器传来的所述发射光进行频移后传输至所述望远镜系统。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括光放大器；

所述光放大器将所述光移频器传来的所述发射光进行信号放大后传输至所述望远镜系统。

8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括光环形器；

所述光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口接收所述光分路器传输来的所述发射光，所述第二端口将所述发射光输出至所述望远镜系统，所述第二端口还接收所述回波信号光，所述第三端口将所述回波信号光输出至所述信号转换及分路模块，其中，光信号不能从所述第一端口传输到所述第三端口且不能从所述第二端口传输至所述第一端口。

9.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括与所述信号转换及分路模块连接的信号处理模块；

所述信号处理模块对所述差频信号反演计算获得所述探测目标的速度。

10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述信号转换及分路模块还包括电信号分路器；

所述电信号分路器将所述差频信号分为两路，并将一路差频信号传输至所述偏振控制模块，将另一路差频信号传输至所述信号处理模块。