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CN204719233U - 一种基于双频激光的目标探测装置 - Google Patents

一种基于双频激光的目标探测装置 Download PDF

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张海洋
张德华
郑征
赵长明
杨苏辉
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Abstract

本实用新型公开了一种基于双频激光的目标探测装置，能够将测距和测速进行有机的整合，利用双频激光进行目标速度和距离的双重探测。该装置包括：激光器、第一分束器、声光调制器、第一耦合器、光学收发系统、望远系统、第二分束器、第二耦合器、第一光电探测器、第一带通滤波器、第二光电探测器、第二带通滤波器、测速模块、测距模块和控制模块；本实用新型利用声光调制器产生双频激光，实现测速。同时控制模块改变声光调制器的移频频率，产生不同的双频激光，从而形成不同的差频测尺，以实现测距。

Description

一种基于双频激光的目标探测装置
技术领域
本实用新型涉及激光探测技术领域，具体涉及一种基于双频激光的目标探测装置。
背景技术
雷达发射的电磁波同目标相互作用后被调制，因此，回波信号包含目标特征信息。通过信号处理技术，即可得到目标的距离、速度等信息。
双频激光是一种把激光雷达和无线电雷达结合起来，用双频激光作为探测媒介，无线电雷达技术进行信号处理的光载微波激光雷达技术。现有的双频激光大部分是由单一激光器产生两束偏振方向垂直的激光，最后合成拍频信号。目前也有利用声光调制器进行移频产生两束偏振方向相同的激光再合成拍频信号的实现方式。但是上述方案均大多用于测速。没有将测距和测速进行有机的整合。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种基于双频激光的目标探测装置，能够将测距和测速进行有机的整合，利用双频激光进行目标速度和距离的双重探测，工作效率高。
为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：
一种基于双频激光的目标探测装置，包括：激光器、第一分束器、声光调制器、第一耦合器、光学收发系统、望远系统、第二分束器、第二耦合器、第一光电探测器、第一带通滤波器、第二光电探测器、第二带通滤波器、测速模块、测距模块和控制模块；
激光器产生频率为ωi的出射激光输出至第一分束器；
第一分束器的两路分束输出端中，一路经由声光调制器连接第一耦合器的第一输入端，另一路直接接入第一耦合器的第二输入端；声光调制器用于对进入的激光进行移频，得到移频后频率为ωi+ωsi的激光；控制模块连接声光调制器，用于控制声光调制器的移频频率ωsi；
第一耦合器将进入的两路激光合束成双频激光，再分束为A、B两路；其中，B路进入第二分束器分束为a、b两路；其中a路作为双频本振激光输入到第二耦合器的第一输入端，b路作为双频参考激光进入第二光电探测器，A路作为探测光经光学收发系统和望远系统直接作用于目标进行探测；
光学收发系统将探测光经目标反射并由望远系统再次接收之后形成的回波激光传递至第二耦合器的第二输入端；第二耦合器对输入的双频本振激光和回波激光进行混频后传输至第一光电探测器；
第一光电探测器将探测到的双频本振激光与回波激光的相干信号经由第一带通滤波器传输至测速模块和测距模块；第二光电探测器将探测到的双频参考激光经由第二带通滤波器传输至测距模块；
测速模块利用所述相干信号解算目标速度信息；
测距模块利用所述相干信号和双频参考激光解算出相位信息后，利用不同移频频率ωsi对应的相位信息解算目标距离信息。
优选地，所述测速模块和所述测距模块在DSP中实现。
有益效果：
本实用新型将测距和测速进行有机的整合，利用双频激光进行目标速度和距离的双重探测，探测时采用相干探测技术，利用差频解算出目标的运动速度，具有抗干扰能力强、探测准确度高及等优点。多组双频激光可以获得若干个差频测尺，继而得到目标距离，解算速度快。而且，测距和测速可以采用同一套设备实现。
本实用新型双频激光的产生是通过声光调制器的移频，而不是常规使用的两束正交的激光信号，使得双频激光产生过程更加容易和便于控制频移量。
本实用新型对测速和测距进行的有机整合，使得整个装置所用器件少，结构紧凑，装置体积小。
附图说明
图1为本实用新型基于双频激光的目标探测装置的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
本实用新型提供了一种基于双频激光的目标探测装置，如图1所示，其包括激光器1、第一分束器2、声光调制器3、第一耦合器4、光学收发系统5、望远系统6、第二分束器7、第二耦合器8、第一光电探测器9、第一带通滤波器10、第二光电探测器11、第二带通滤波器12、测速模块13、测距模块14和控制模块15。测速模块13和测距模块14可以采用DSP来实现，而且可以利用一块DSP来实现。
上述组成部件的连接关系是：
激光器1的输出端连接第一分束器2的输入端，第一分束器2的一个输出端通过声光调制器3连第一耦合器4的第一输入端，第一分束器2的另一个输出端直接连第一耦合器4的第二输入端。第一耦合器4的一个输出端连第二分束器7的输入端。第二分束器7的其中一个输出端连第二耦合器8的第一输入端。第一耦合器4的另一个输出端连光学收发系统5的待输出信号输入端，光学收发系统5的收发端连望远系统7；光学收发系统5的回波信号输出端连第二耦合器8的第二输入端。
第二耦合器8的输出端经由第一光电探测器9接入第一带通滤波器10，第一带通滤波器10的输出端连接测速模块13和测距模块14。第二分束器7的另一个输出端经由第二光电探测器11接入第二带通滤波器12，第二带通滤波器12的输出端连接测距模块14。控制模块15连接声光调制器3上的微波源。控制模块15还可以进一步连接测速模块13和测距模块14。
该装置的工作原理为：
激光器1产生频率为ωi的出射激光输出至第一分束器2。
第一分束器2将进入的激光进行分束，其中一束进入声光调制器3，由声光调制器3进行移频，得到移频后频率为ωi+ωsi的激光，然后输出至第一耦合器4；另一束直接输出至第一耦合器4。在第一耦合器4中将不移频的激光和移频的激光合束成频率为ωsi的双频激光。其中，声光调制器3的移频频率ωsi由控制模块进行控制，具体来说是控制模块连接声光调制器3上的微波源，通过微波源频率控制实现声光调制器出光频移的调制。
第一耦合器4合束得到的双频激光分束为A、B两路；其中，B路进入第二分束器7分束为a、b两路；其中a路作为双频本振激光输入到第二耦合器8的第一输入端，b路作为双频参考激光进入第二光电探测器11，A路，作为探测光经光学收发系统5和望远系统6，直接作用于目标16进行探测。
探测光经目标反射并由望远系统6再次接收，通过光学收发系统5后，得到回波激光。回波激光和双频本振激光a在第二耦合器8内进行混频后进入第一光电探测器9，得到双频本振激光与回波激光的相干信号。相干信号经由第一带通滤波器10滤除杂波分量后传输至测速模块13和测距模块14。第二光电探测器11将探测到的双频参考激光b经由第二带通滤波器12滤除杂波分量后传输至测距模块14。
测速时，测速模块13利用接收到的相干信号解算目标速度信息。
测距时，测距模块14利用接收到的相干信号以及双频参考激光b解算出相位信息存储；控制模块15改变声光调制器3的移频频率ωsi，重复上述过程，每一次改变均计算出一个相位信息，利用多次计算得到的相位信息，解算出目标距离信息。其中，控制模块15可以根据设定的时间间隔改变频移量ωsi，也可以是测距模块14在计算出一次相位信息后，通知控制模块15改变频移量ωsi。
本实用新型的优点是利用了双频激光信号来实现目标探测，这种技术同时具备了微波雷达与激光雷达的优点—空间分辨率高，探测距离远；利用若干组双频信号进行相位测距，量程远，精度高；系统集成了测速与测距功能，结构紧凑，工作效率高，可实现高精度的测距和测速。
综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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。

Claims (2)

1.一种基于双频激光的目标探测装置，其特征在于，包括：激光器(1)、第一分束器(2)、声光调制器(3)、第一耦合器(4)、光学收发系统(5)、望远系统(6)、第二分束器(7)、第二耦合器(8)、第一光电探测器(9)、第一带通滤波器(10)、第二光电探测器(11)、第二带通滤波器(12)、测速模块(13)、测距模块(14)和控制模块(15)；
激光器(1)产生频率为ωi的出射激光输出至第一分束器(2)；
第一分束器(2)的两路分束输出端中，一路经由声光调制器(3)连接第一耦合器(4)的第一输入端，另一路直接接入第一耦合器(4)的第二输入端；声光调制器(3)用于对进入的激光进行移频，得到移频后频率为ωi+ωsi的激光；控制模块(15)连接声光调制器(3)，用于控制声光调制器(3)的移频频率ωsi；
第一耦合器(4)将进入的两路激光合束成双频激光，再分束为A、B两路；其中，B路进入第二分束器(7)分束为a、b两路；其中a路作为双频本振激光输入到第二耦合器(8)的第一输入端，b路作为双频参考激光进入第二光电探测器(11)，A路作为探测光经光学收发系统(5)和望远系统(6)直接作用于目标(16)进行探测；
光学收发系统(5)将探测光经目标(16)反射并由望远系统(6)再次接收之后形成的回波激光传递至第二耦合器(8)的第二输入端；第二耦合器(8)对输入的双频本振激光和回波激光进行混频后传输至第一光电探测器(9)；
第一光电探测器(9)将探测到的双频本振激光与回波激光的相干信号经由第一带通滤波器(10)传输至测速模块(13)和测距模块(14)；第二光电探测器(11)将探测到的双频参考激光经由第二带通滤波器(12)传输至测距模块(14)；
测速模块(13)利用所述相干信号解算目标速度信息；
测距模块(14)利用所述相干信号和双频参考激光解算出相位信息后，利用不同移频频率ωsi对应的相位信息解算目标距离信息。
2.如权利要求1所述的基于双频激光的目标探测装置，其特征在于，所述测速模块(13)和所述测距模块(14)在DSP中实现。
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