DE102018116956B4 - DUAL LASER CHIP-SCALE LIDAR FOR SIMULTANEOUS DOPPLER AREA DETECTION - Google Patents
DUAL LASER CHIP-SCALE LIDAR FOR SIMULTANEOUS DOPPLER AREA DETECTION Download PDFInfo
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Abstract
Ein Chip-Scale-Lidarsystem (110), umfassend:eine erste Lichtquelle (210), die konfiguriert ist, um ein erstes Signal auszugeben;eine zweite Lichtquelle (205), die konfiguriert ist, um ein zweites Signal auszugeben;einen Sendestrahlkoppler (230), der konfiguriert ist, um ein Ausgabesignal (225) zur Übertragung bereitzustellen, wobei das Ausgabesignal (225) einen Teil des ersten Signals und einen Teil des zweiten Signals enthält;einen Empfangsstrahlkoppler (240), der konfiguriert ist, um ein Empfangssignal (247) zu erhalten, das aus der Reflexion des Ausgabesignals (225) durch ein Ziel (140) resultiert;einen ersten Satz von Photodetektoren (260a, 260b), der konfiguriert ist, um jeweils einen ersten Satz von elektrischen Strömen (270a, 270b) aus einem ersten Satz kombinierter Signale (255a, 255b) zu erhalten, wobei jeder der ersten Sätze kombinierter Signale (255a, 255b) einen ersten Teil des Empfangssignals (247) enthält;einen zweiten Satz von Photodetektoren (260c, 260d), der konfiguriert ist, um einen zweiten Satz elektrische Ströme (270c, 270d) jeweils von einem zweiten Satz kombinierter Signale (255c, 255d) zu erhalten, wobei jeder der zweiten Sätze kombinierter Signale (255c, 255d) einen zweiten Teil des Empfangssignals (247) enthält; undeinen Prozessor (280), der konfiguriert ist, um Dopplerinformationen über das Ziel (140) von dem zweiten Satz von elektrischen Strömen (270c, 270d) zu erhalten und um Entfernungsinformationen über das Ziel (140) von dem ersten Satz von elektrischen Strömen (270a, 270b) und dem zweiten Satz von elektrischen Strömen (270c, 270d) zu erhaltenwobei die erste Lichtquelle (210) konfiguriert ist, um ein frequenzmoduliertes Dauerstrichwellensignal, FMCW-Signal, als das erste Signal auszugeben, und die zweite Lichtquelle (205) konfiguriert ist, um ein Dauerstrichwellensignal, CW-Signal, als das zweite Signal auszugeben.A chip-scale lidar system (110), comprising: a first light source (210) configured to output a first signal; a second light source (205) configured to output a second signal; a transmit beam coupler (230 ) configured to provide an output signal (225) for transmission, the output signal (225) including a portion of the first signal and a portion of the second signal;a receive beam coupler (240) configured to provide a receive signal (247 ) resulting from reflection of the output signal (225) by a target (140);a first set of photodetectors (260a, 260b) configured to respectively output a first set of electrical currents (270a, 270b). a first set of combined signals (255a, 255b), each of the first sets of combined signals (255a, 255b) including a first portion of the received signal (247); a second set of photodetectors (260c, 260d) configured rt to obtain a second set of electrical currents (270c, 270d) from a second set of combined signals (255c, 255d), each of the second sets of combined signals (255c, 255d) including a second portion of the received signal (247). ; and a processor (280) configured to obtain Doppler information about the target (140) from the second set of electrical currents (270c, 270d) and to obtain range information about the target (140) from the first set of electrical currents (270a , 270b) and the second set of electrical currents (270c, 270d), wherein the first light source (210) is configured to output a frequency modulated continuous wave, FMCW signal as the first signal, and the second light source (205) is configured , to output a continuous wave signal, CW signal, as the second signal.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Dual-Laser-Chip-Scale-Lidar für eine simultane Entfernungs-Doppler-Erfassung.The present disclosure relates to a dual laser chip scale lidar for simultaneous range-doppler detection.
Einleitungintroduction
Fahrzeuge (z. B. Automobile, Lastwagen, Baumaschinen, Landmaschinen, automatisierte Fabrikausrüstung) werden zunehmend mit Sensoren ausgestattet, die Informationen bereitstellen, um den Fahrzeugbetrieb zu verstärken oder zu automatisieren. Zu beispielhaften Sensoren gehören Funkerfassungs- und Entfernungsmesssysteme (Radarsysteme), Kameras, Mikrofone und Lichterfassungs-Systeme (Lidar-Systeme). Ein beispielhaftes Lidar-System ist ein kohärentes Lidar-System, das ein frequenzmoduliertes Dauerstrichwellensignal (FMCW-Signal) überträgt, das auch als Chirp bezeichnet wird, und auf der optischen Kohärenz zwischen dem gesendeten Signal und einem Rücksignal beruht, das aus der reflektierten Streuung des übertragenen Signals durch ein Ziel resultiert, um die Erfassung des Ziels durchzuführen. Wenn ein Radar- oder Lidar-Signal gesendet wird, wird die Frequenzverschiebung in dem Rücksignal, das von einem Ziel reflektiert wird, im Vergleich zu dem übertragenen Signal als der Doppler-Effekt bezeichnet. Diese Doppler-Verschiebung erleichtert die Bestimmung der relativen Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Ziels. In einem typischen kohärenten Lidar-System wird eine einzelne Lichtquelle verwendet, um sowohl die Entfernungs- als auch die Doppler-Erfassung durchzuführen.Vehicles (e.g., automobiles, trucks, construction machinery, farm machinery, automated factory equipment) are increasingly being equipped with sensors that provide information to enhance or automate vehicle operation. Example sensors include radio detection and ranging systems (radar systems), cameras, microphones, and light detection systems (lidar systems). An example lidar system is a coherent lidar system that transmits a frequency-modulated continuous wave (FMCW) signal, also known as chirp, and relies on optical coherence between the transmitted signal and a return signal resulting from reflected scattering of the transmitted signal by a target to perform target acquisition. When a radar or lidar signal is transmitted, the frequency shift in the return signal reflected from a target compared to the transmitted signal is called the Doppler effect. This Doppler shift makes it easier to determine the relative speed and direction of movement of the target. In a typical coherent lidar system, a single light source is used to perform both range and Doppler detection.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Dual-Laser-Chip-Scale-Lidar für eine simultane Entfernungs-Doppler-Erfassung bereitzustellen.Accordingly, it is an object of the invention to provide a dual laser chip scale lidar for simultaneous range-doppler detection.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Chip-Scale-Lidarsystem eine erste Lichtquelle zum Ausgeben eines ersten Signals und eine zweite Lichtquelle zum Ausgeben eines zweiten Signals. Ein Sendestrahlkoppler liefert ein Ausgabesignal zur Übertragung, wobei das Ausgabesignal einen Teil des ersten Signals und einen Teil des zweiten Signals enthält und ein Empfangsstrahlkoppler ein Empfangssignal erhält, das aus der Reflexion des Ausgabesignals durch ein Ziel resultiert. Das System beinhaltet auch einen ersten Satz von Photodetektoren, um jeweils einen ersten Satz von elektrischen Strömen aus einem ersten Satz kombinierter Signale zu erhalten, wobei jeder der ersten Sätze kombinierter Signale einen ersten Teil des Empfangssignals beinhaltet, und einen zweiten Satz von Photodetektoren, um einen zweiten Satz von elektrischen Strömen aus einem zweiten Satz kombinierter Signale zu erhalten, wobei jeder der zweiten Sätze kombinierter Signale einen zweiten Teil des Empfangssignals beinhaltet. Ein Prozessor erhält von dem zweiten Satz von elektrischen Strömen eine Doppler-Information über das Ziel und erhält von dem ersten Satz von elektrischen Strömen und dem zweiten Satz von elektrischen Strömen eine Entfernungsinformation über das Ziel. Die erste Lichtquelle ist konfiguriert, um ein frequenzmoduliertes Dauerstrichwellensignal (FMCW-Signal) als das erste Signal auszugeben, und die zweite Lichtquelle ist konfiguriert, um ein Dauerstrichwellensignal (CW-Signal) als das zweite Signal auszugeben.According to a first aspect of the invention, a chip-scale lidar system includes a first light source for outputting a first signal and a second light source for outputting a second signal. A transmit beamcoupler provides an output signal for transmission, the output signal including a portion of the first signal and a portion of the second signal, and a receive beamcoupler receives a received signal resulting from reflection of the output signal by a target. The system also includes a first set of photodetectors for respectively obtaining a first set of electrical currents from a first set of combined signals, each of the first sets of combined signals including a first portion of the received signal, and a second set of photodetectors for generating a obtain a second set of electrical currents from a second set of combined signals, each of the second sets of combined signals including a second portion of the received signal. A processor obtains Doppler information about the target from the second set of electrical currents and obtains range information about the target from the first set of electrical currents and the second set of electrical currents. The first light source is configured to output a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal as the first signal, and the second light source is configured to output a continuous wave (CW) signal as the second signal.
Gemäß einer Ausführungsform hat das zweite Signal eine Frequenz fD und das Lidar-System umfasst ferner einen Modulator und einen optischen Filter, um ein verschobenes Signal mit einer Frequenz von fm+fD zu erzeugen.According to one embodiment, the second signal has a frequency f D and the lidar system further comprises a modulator and an optical filter to generate a shifted signal with a frequency of f m +f D .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Modulator ein Mach-Zehnder-Modulator.According to another embodiment, the modulator is a Mach-Zehnder modulator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das verschobene Signal mit dem zweiten Teil des Empfangssignals kombiniert, um den zweiten Satz kombinierter Signale zu erzeugen.According to another embodiment, the shifted signal is combined with the second portion of the received signal to generate the second set of combined signals.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt das zweite Signal bei zwei verschiedenen optischen Frequenzen fD1 und fD2 und der zweite Satz von elektrischen Strömen zeigt eine Frequenzverschiebung fD2-fD1 an, um eine Richtung des Ziels relativ zu dem Lidar-System zu bestimmen.According to another embodiment, the second signal is at two different optical frequencies f D1 and f D2 and the second set of electrical currents indicates a frequency shift f D2 -f D1 to determine a direction of the target relative to the lidar system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das System auch eine Sendestrahlsteuervorrichtung, um das durch den Sendestrahlkoppler übertragene Ausgabesignal zu richten, und eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um das Empfangssignal auf den Empfangsstrahlkoppler zu richten.According to another embodiment, the system also includes a transmit beam steering device to direct the output signal transmitted through the transmit beam coupler and a receive beam steering device to direct the received signal to the receive beam coupler.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform befindet sich das Lidar-System in einem Fahrzeug.According to a further embodiment, the lidar system is located in a vehicle.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Chip-Scale-Lidarsystems das Bilden einer ersten Lichtquelle zum Ausgeben eines ersten Signals und das Bilden einer zweiten Lichtquelle zum Ausgeben eines zweiten Signals. Das Verfahren beinhaltet auch das Anordnen eines Sendestrahlkopplers zum Bereitstellen eines Ausgabesignals zum Senden, wobei das Ausgabesignal einen Teil des ersten Signals und einen Teil des zweiten Signals enthält, und Anordnen eines Empfangsstrahlkopplers zum Erhalten eines Empfangssignals, das sich aus der Reflexion des Ausgabesignals von einem Ziel ergibt. Ein erster Satz von Photodetektoren wird gebildet, um jeweils einen ersten Satz elektrischer Ströme aus einem ersten Satz kombinierter Signale zu erhalten, wobei jeder der ersten Sätze kombinierter Signale einen ersten Teil des Empfangssignals beinhaltet. Ein zweiter Satz von Photodetektoren wird gebildet, um jeweils einen zweiten Satz von elektrischen Strömen aus einem zweiten Satz kombinierter Signale zu erhalten, wobei jeder der zweiten Sätze kombinierter Signale einen zweiten Teil des Empfangssignals beinhaltet. Ein Prozessor erhält Dopplerinformationen über das Ziel von dem zweiten Satz von elektrischen Strömen und um Entfernungsinformationen über das Ziel von dem ersten Satz von elektrischen Strömen und dem zweiten Satz von elektrischen Strömen zu erhalten. Das Bilden der zweiten Lichtquelle beinhaltet das Bilden der zweiten Lichtquelle zum Ausgeben eines Dauerstrichwellensignals, CW-Signals, als das zweite Signal und das Ausgeben des zweiten Signals mit einer Frequenz fD. Das Verfahren umfasst ferner das Anordnen eines Modulators und eines optischen Filters, um ein verschobenes Signal mit einer Frequenz von fm+ fD zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner das Kombinieren des verschobenen Signals mit dem zweiten Teil des Empfangssignals, um den zweiten Satz kombinierter Signale zu erzeugen. Das Ausgeben des zweiten Signals erfolgt bei zwei verschiedenen optischen Frequenzen fD1 und fD2 und das Erhalten des zweiten Satzes von elektrischen Strömen zeigt eine Frequenzverschiebung fD2-fD1 an, um eine Richtung des Ziels relativ zu dem Lidar-System zu bestimmen.In a second aspect of the invention, a method of fabricating a chip-scale lidar system includes forming a first light source to output a first signal and forming a second light source to output a second signal. The method also includes arranging a transmit beamcoupler to provide an output signal for transmission, the output signal including a portion of the first signal and a portion of the second signal, and arranging a receive beamcoupler to obtain a receive signal resulting from reflection of the output signal from a target results. A first set of photodetectors are formed to each receive a first set of electrical currents from a first set of combined signals, each of the first sets of combined signals including a first portion of the received signal. A second set of photodetectors are formed to each receive a second set of electrical currents from a second set of combined signals, each of the second sets of combined signals including a second portion of the received signal. A processor obtains Doppler information about the target from the second set of electrical currents and to obtain range information about the target from the first set of electrical currents and the second set of electrical currents. Forming the second light source includes forming the second light source to output a continuous wave, CW signal as the second signal and outputting the second signal at a frequency f D . The method further includes arranging a modulator and an optical filter to generate a shifted signal having a frequency of f m +f D . The method further includes combining the shifted signal with the second portion of the received signal to generate the second set of combined signals. Outputting the second signal occurs at two different optical frequencies f D1 and f D2 and obtaining the second set of electrical currents indicates a frequency shift f D2 -f D1 to determine a direction of the target relative to the lidar system.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Bilden der ersten Lichtquelle das Bilden der ersten Lichtquelle zum Ausgeben eines frequenzmodulierten Dauerstrichwellensignals (FMCW-Signals) als das erste Signal.According to one embodiment, forming the first light source includes forming the first light source to output a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal as the first signal.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne weiteres hervor.The above features and advantages as well as other features and functions of the present disclosure are readily apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.
Figurenlistecharacter list
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:
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1 ist ein Blockdiagramm eines Szenarios, das ein kohärentes Dual-Laser-Chip-Scale-Lidar-System gemäß Ausführungsformen beinhaltet; -
2 ist ein Blockdiagramm des Lidar-Systems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und -
3 ist ein Blockdiagramm des Lidar-Systems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
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1 12 is a block diagram of a scenario involving a coherent dual laser chip scale lidar system according to embodiments; -
2 12 is a block diagram of the lidar system, in accordance with one or more embodiments; and -
3 10 is a block diagram of the lidar system in accordance with one or more embodiments.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.The following description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present invention to its application or uses. It should be understood that throughout the drawings, corresponding reference numbers indicate like or corresponding parts and features.
Wie bereits erwähnt, verwenden herkömmliche Lidar-Systeme eine einzige Lichtquelle, um sowohl die Entfernungs- als auch die Doppler-Messung durchzuführen. Ausführungsformen der Systeme und Verfahren, die hierin detailliert beschrieben werden, beziehen sich auf Dual-Laser-Chip-Scale-Lidar für simultane Entfernungs-Doppler-Erfassung. Dual-Laser bezieht sich auf die Tatsache, dass zwei verschiedene Lichtquellen verwendet werden. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Lidar-System, das eine einzige Lichtquelle verwendet, kann das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in der Größenordnung von 3 Dezibel (dB) verbessert werden. In den Dual-Laser-Ausführungsformen liefert eine Lichtquelle ein FMCW-Signal und eine andere Lichtquelle liefert ein Dauerstrichwellensignal (CW-Signal) ohne Frequenzmodulation. Das FMCW-Signal kann in Form einer Dreieckswelle mit einem als Aufwärts-Chirp bezeichneten Abschnitt, der einen linearen Frequenzanstieg gegen die Zeit zeigt, und einem als Abwärts-Chirp bezeichneten Abschnitt, der eine lineare Abnahme in der Häufigkeit gegen die Zeit zeigt, vorliegen. Das unmodulierte CW-Signal wird bei der Doppler-Geschwindigkeitserfassung verwendet, und das FMCW-Signal wird verwendet, um die Zielentfernung zu erhalten, wobei die Doppler-Geschwindigkeitsinformation aus dem unmodulierten CW-Signal erhalten wird. Zwei exemplarische Ausführungsformen von Dual-Laser-Chip-Scale-Lidarsystemen werden detailliert beschrieben.As previously mentioned, traditional lidar systems use a single light source to perform both the range and Doppler measurements. Embodiments of the systems and methods detailed herein relate to dual laser chip scale lidar for simultaneous range-doppler detection. Dual laser refers to the fact that two different light sources are used. Compared to the traditional lidar system using a single light source, the signal-to-noise ratio (SNR) can be improved on the order of 3 decibels (dB). In the dual laser embodiments, one light source provides an FMCW signal and another light source provides a continuous wave (CW) signal without frequency modulation. The FMCW signal may be in the form of a triangular wave with a portion called up-chirp showing a linear increase in frequency versus time and a portion called down-chirp showing a linear decrease in frequency versus time. The unmodulated CW signal is used in Doppler velocity detection and the FMCW signal is used to obtain target range, with Doppler velocity information obtained from the unmodulated CW signal. Two exemplary embodiments of dual laser chip scale lidar systems are described in detail.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt
Die Steuerung 120 kann die Information verwenden, um ein oder mehrere Fahrzeugsysteme 130 zu steuern. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 ein autonomes Fahrzeug sein, und die Steuerung 120 kann bekannte Fahrzeugbetriebssteuerung unter Verwendung von Informationen von dem Lidar-System 110 und anderen Quellen durchführen. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuerung 120 den Fahrzeugbetrieb unter Verwendung von Informationen von dem Lidar-System 110 und anderen Quellen als Teil eines bekannten Systems (z. B. Kollisionsvermeidungssystem, adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem) erweitern. Das Lidar-System 110 und ein oder mehrere andere Sensoren 115 können verwendet werden, um Objekte 140 zu erfassen, wie z. B. den Fußgänger 145, der in
Am Splitter 220 wird eine Kombination des FMCW-Signals mit der Frequenz fR und das CW-Signal mit der Frequenz fD1 geteilt. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform wird der größte Teil des Signals (z. B. 90 Prozent) zu dem Sendestrahlkoppler 230 (z. B. Gitterkoppler, Kantenkoppler) als das Ausgabesignal 225 geleitet, während ein anderer Teil als Signal 227 aufgeteilt wird. Ein Sendestrahlscanner 235 (z. B. ein zweidimensionaler (2D) mikroelektromechanischer Systemscanner (MEMS-Scanner)) lenkt das Ausgabesignal 225 aus dem Lidar-System 110. Wenn das Ausgabesignal 225 auf ein Ziel 140 trifft, wird ein Teil des resultierenden gestreuten Lichts durch einen Empfangsstrahlscanner 245 in einen Empfangsstrahlkoppler 240 (z. B. Gitterkoppler, Kantenkoppler) als ein Empfangssignal 247 gelenkt. Basierend auf der Dopplerfrequenzverschiebung in dem Empfangssignal 247 aufgrund der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Lidar und dem Ziel wird die FMCW-Komponente von fR durch ΔfD verschoben und die CW-Komponente wird von fD1 durch ΔfD verschoben.At the
Der Resonator 215d wird verwendet, um nur die verschobene FMCW-Komponente des Empfangssignals 247 mit der Frequenz fR± ΔfD auf den Wellenleiter 218 abzusenken (d. h. hochzukoppeln). Die CW-Komponente des Empfangssignals 247 mit der Frequenz fD1 ± ΔfD wird dem Kombinierer 250b zusammen mit dem CW-Signal bei der Frequenz fD2 bereitgestellt, was das CW-LO-Signal von der Lichtquelle 205 ist. Der Kombinierer 250b kombiniert die CW-Komponente des Empfangssignals 247 mit der Frequenz fD1 ± ΔfD und das CW LO-Signal von der Lichtquelle 205 bei der Frequenz fD2 und teilt die Kombination in kombinierte Signale 255c, 255d (kombinierte Signale 255a, 255b, 255c, 255d, die allgemein als 255 bezeichnet werden). Die kombinierten Signale 255c, 255d werden jeweils an zwei Photodetektoren 260c, 260d bereitgestellt (Photodetektoren 260a, 260b, 260c, 260d werden allgemein als 260 bezeichnet). Die Photodetektoren 260 können beispielsweise Germanium-auf-Silizium-Photodetektoren sein. Die Komponenten jedes kombinierten Signals 255c, 255d interferieren miteinander in jedem Photodetektor 260c, 260d.
Die Photodetektoren 260c, 260d wandeln das Ergebnis der Interferenz in elektrische Ströme 270c, 270d um, die auch als Taktsignale bezeichnet werden. Die elektrischen Ströme 270c, 270d von jedem der Photodetektoren 260c, 260d werden kombiniert und verarbeitet, um eine Doppler-Geschwindigkeitsinformation über das Ziel 140 zu erhalten. Die empfangene Dopplerfrequenz ΔfD in den Photodetektoren 260c und 260d sind um die Differenz der beiden optischen Frequenzen des Lasers 205, fD2-fD1 verschoben, um die Bestimmung der Richtung der Dopplergeschwindigkeit des Ziels relativ zum Lidar zu ermöglichen. Die Verarbeitung kann beispielsweise innerhalb des Lidar-Systems 110 durch einen Prozessor 280 oder außerhalb des Lidar-Systems 110 durch die Steuerung 120 durchgeführt werden. Der Prozessor 280 kann Verarbeitungsschaltungen enthalten, die denen ähnlich sind, die für die Steuerung 120 erörtert wurden.
Der Teil des Empfangssignals 247, der durch den Resonator 215d auf den Wellenleiter 218 abgesenkt (d. h. hochgekoppelt) wird, die verschobene FMCW-Komponente des Empfangssignals 245 mit der Frequenz fR± ΔfD, wird in den Kombinierer 250a eingegeben. Das Signal 227 von dem Splitter 220 wird an den Resonator 215c bereitgestellt. Nur die FMCW-Komponente bei der Frequenz fR wird durch den Resonator 215c als Lokaloszillatorsignal (LO-Signal) 229 auf den Wellenleiter 219 abgesenkt (d. h. hochgekoppelt) und wird auch dem Kombinierer 250a bereitgestellt. Der Kombinierer 250a kombiniert das LO-Signal 229 und das FMCW-Signal von dem Resonator 215d, der eine Frequenz fR± ΔfD aufweist. Der Kombinierer 250a teilt das kombinierte Signal in kombinierte Signale 255a, 255b, die jeweils den Photodetektoren 260a, 260b bereitgestellt werden.The portion of receive
Die Ergebnisse der Interferenz zwischen den kombinierten Signalen 255a, 255b bei jedem der Photodetektoren 260a, 260b werden in elektrische Signale 270a, 270b umgewandelt, die als Taktsignale bezeichnet werden. Die Frequenz fb + ist die Frequenz der Taktsignale während des Aufwärts-Chirps und die Frequenz fb - ist die Frequenz der Taktsignale während des Abwärts-Chirps. Die Photodetektoren 260a, 260b werden in Übereinstimmung mit einer bekannten symmetrischen Detektortechnik verwendet, um das Intensitätsrauschen in dem LO-Signal 229 zu löschen, das beiden Photodetektoren 260a, 260b gemeinsam ist.The results of the interference between the combined
Die elektrischen Signale 270a, 270b und die elektrischen Signale 270c, 270d werden verwendet, um die Entfernung zu dem Ziel 140 zu bestimmen. Die Bestimmung der Entfernung wird für jeden Aufwärts-Chirp und jeden Abwärts-Chirp in dem von der Lichtquelle 210 ausgegebenen FMCW-Signal durchgeführt. Die Entfernungsbestimmung für den Aufwärts-Chirp-Bereich ist gegeben durch:
In GL. 1 ist T die Zeit des Chirp und c ist die Lichtgeschwindigkeit. Die Entfernungsbestimmung für den Abwärts-Chirp-Bereich ist gegeben durch:
Das Signal 327 wird an den Resonator 315c bereitgestellt, der nur den FMCW-Teil des Signals bei der Frequenz fR als das LO-Signal 329 absenkt (d. h, hochkoppelt) und es an den Kombinierer 350a bereitstellt. Der CW-Teil des Signals 327 bei der Frequenz fD wird an einen Modulator 352 (z. B. einen Mach-Zehnder-Modulator (MZM)) bereitgestellt, um eine Frequenzverschiebung um die Frequenz fm zu induzieren. Die Frequenz fm kann beispielsweise im Bereich von 100 MHz bis 1 GHz liegen. Diesem folgt ein schmalbandiger optischer Filter 357, sodass das verschobene Signal 358 eine Frequenz fD+ fm aufweist.Signal 327 is provided to
Wenn das Ausgangssignal 325 auf ein Ziel 140 trifft, wird ein Teil des resultierenden gestreuten Lichts durch einen Empfangsstrahlscanner 245 in einen Empfangsstrahlkoppler 340 als ein Empfangssignal 347 gelenkt. Basierend auf der Doppler-Frequenzverschiebung in dem Empfangssignal 347 wird die FMCW-Komponente von fR durch ΔfD verschoben und die CW-Komponente wird von fD durch ΔfD verschoben. Der Resonator 315d wird verwendet, um nur die verschobene FMCW-Komponente des Empfangssignals 347 mit der Frequenz fR±ΔfD zu koppeln. Die CW-Komponente des Empfangssignals 347 mit der Frequenz fD±ΔfD wird dem Kombinierer 350b zusammen mit dem verschobenen Signal 358 bei der Frequenz fD+fm bereitgestellt. Der Kombinierer 350b teilt seine Ausgabe als kombinierte Signale 355c, 355d auf, die jeweils an Photodetektoren 360c, 360d bereitgestellt werden (im Allgemeinen werden die Photodetektoren 360a, 360b, 360c, 360d als 360 bezeichnet). Die Photodetektoren 360 können beispielsweise Germanium-auf-Silizium-Photodetektoren sein. Wie mit Bezug auf
Am Kombinierer 350a wird zusammen mit dem LO-Signal 329 auch der Teil des Empfangssignals 347 eingegeben, der durch den Resonator 315d hochgekoppelt wird. Die Kombination der zwei Signale wird in kombinierte Signale 355a, 355b aufgeteilt, die jeweils den Photodetektoren 360a, 360b bereitgestellt werden. Die elektrischen Ströme 370a, 370b, die jeweils von den Photodetektoren 360a, 360b erhalten werden, sind zur Verarbeitung zusammen mit den elektrischen Strömen 370c, 370d vorgesehen. Die Verarbeitung kann durch den Prozessor 280 des Lidar-Systems 110 oder durch die Steuerung 120 erfolgen.At the
Wie unter Bezugnahme auf
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