一种多普勒自适应补偿的编码成像雷达系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多普勒自适应补偿的编码成像雷达系统及其实现方法，本发明专利技术在编码信号中加入可调频副载波，根据

【技术实现步骤摘要】
一种多普勒自适应补偿的编码成像雷达系统及其实现方法


[0001]本专利技术属于激光雷达领域，主要应用于相位编码相干激光雷达测距测速，具体涉及一种多普勒自适应补偿的编码成像雷达系统及其实现方法
。

技术介绍

[0002]现代雷达发射调制后的大时宽带宽的信号，利用匹配滤波方法即可实现低峰值输出功率的远距离高分辨率探测
。
主要的调制信号有调频信号以及相位编码信号
。
相位编码调制方案优势在于抗截获能力强
、
波形设计多样
、
可发展雷达
‑
通信一体化，应用前景广泛，但多普勒容限低的问题使得它不适用于目标高速运动场景
。
为实现合成孔径超分辨成像或多普勒补偿，传统相位编码系统使用了
90
°
光学桥接器进行正交接收来直接获取目标相位信息，存在通道间不均衡以及系统复杂度较高的问题
。
[0003]在先技术之一
(
参见柳梦圆
,
晋凯
,
宋岸鹏
,
徐晨
,
李敏
.
基于动目标相位编码逆合成孔径激光雷达多普勒补偿方法
.CN115639538A[P].2023
‑
01
‑
24.)
中，基于传统相位编码激光雷达系统，结合动目标检测的方法各距离单元多普勒值并补偿，该方法的前提在于在数据矩阵中各距离门已对齐来保证所提取多普勒来自同一距离单元，但当采样过程中目标有较大多普勒且存在距离徙动时，距离门对齐的前提无法保证，该方法补偿效果会有所劣化
。
[0004]在先技术之二
(
参见职亚楠
,
孙建锋
,
潘卫清
,
田克汉
,
戴恩文
.
偏振分集双通道测速及测距相干激光雷达测量方法及装置
.CN110780310A[P].2020
‑
02
‑
11.)
中，将激光信号正交偏振分束后，一个方向偏振光进行单频调制后正交接收获取目标速度信息，并将其加载至测距本振光上实现目标运动多普勒补偿；另一个方向偏振光做
PRBS
相位编码调制，回波与测距本振光混频直接接收经脉冲压缩获取距离信息
。
该方法仅在测速通道使用了正交接收将通道间不均衡的影响最小化，同时闭环控制测距本振光频率进行多普勒补偿，提高了系统的多普勒容限，但该方法忽略了目标反射特性对偏振的影响，回波中单频调制光和相位编码调制光可能会混杂在两个通道中劣化测速及测距效果
。
[0005]在先技术之三
(
参见李存惠
,
姚建
,
张淑敏
,
符晓金
.
相位编码不饱和调制方法
、
装置
、
激光雷达测距测速方法及激光雷达系统
.CN110646779A[P].2020
‑
01
‑
03.)
中，利用相位不饱和调制的方法使得调制信号中存在一个单频量，后续利用该单频量做傅里叶变换求解速度并在信号域进行多普勒补偿及脉冲压缩测距
。
但该专利技术系统中使用的相位调制器为双边带调制器，会在信号正负频都引入单频量，导致无法估计目标运动速度方向，需更改为单边带调制器；此外，该专利技术中表明可使用
3dB
耦合器作为解调器，经希尔伯特变换还原出复信号，根据在先技术之四
(
参见
H.J.I.T.o.A.Broman,Speech,and S.Processing,"The instantaneous frequency ofa Gaussian signal:the one
‑
dimensional density function,"vol.29,no.1,pp.108
‑
111,1981.)
，相位编码信号不满足希尔伯特变换窄带条件，因此在该系统中
90
°
光学桥接器是必需的
。
[0006]综上所述，现有相位编码激光雷达系统在进行多普勒补偿时均无可避免需要使用
90
°
光学桥接器，系统整体结构复杂
。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种多普勒自适应补偿的测距测速及超分辨成像相位编码激光雷达系统和方法
。
在编码信号中加入可调频副载波，根据
DSP
估计的多普勒进行闭环控制，可实现多普勒自适应补偿与高速运动目标的探测
。
无需使用
90
°
光学桥接器进行正交接收，利用编码序列自相关的频率特性，加入副载波后可使用平方律探测器直接接收，信号处理过程中可消除实采样引入的镜像频率的影响，结构简单易于实现；此外，仅通过修改调制器驱动信号即可进行线性调频调制，实现线性调频及相位编码组合探测
。
[0008]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0009]一种多普勒自适应补偿的编码成像激光雷达系统，所述系统包括：激光器，调制信号发生器，微波信号发生器，混频器，激光单边带调制器，光放大器，光收发系统，光解调器，光电探测器，模数转换器，信号处理机和闭环控制器，其特征在于：激光器输出两路信号分别作为本振信号及待调制信号；微波信号发生器产生副载波信号与调制信号发生器产生的编码信号在混频器进行混频，混频后的信号输入激光单边带调制器；激光单边带调制器对激光器输入的待调制信号进行调制并输出至光放大器；光放大器输出连接至光收发系统并由光收发系统输出光信号照射于待测目标表面；目标散射回波由光收发系统接收后输入至光解调器；光解调器输出连接至光电探测器，光电探测器输出信号由模数转换器进行采样后输入至信号处理机，信号处理机连接闭环控制器控制微波发生器产生不同副载波频率
。
[0010]进一步的，所述光解调器选择
90
°
光学桥接器或
3dB
耦合器，当选用
3dB
耦合器时，设置副载波频率
ω
m
满足其中，
N
为编码长度，
B
为调制速率
。
除传统相位编码激光雷达通用的
90
°
光学桥接器外，可选择
3dB
耦合器
。
当编码长度为
N
，调制速率为
B
时，根据编码信号脉冲压缩增益损失公式，设置副载波频率
ω
m
满足由于实采样引入镜像频率部分的脉冲压缩增益远小于真实回波信号可忽略，因此使用
3dB
耦合器仍可正确还原回波信号相位
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多普勒自适应补偿的编码成像雷达系统，所述系统包括：激光器，调制信号发生器，微波信号发生器，混频器，激光单边带调制器，光放大器，光收发系统，光解调器，光电探测器，模数转换器，信号处理机和闭环控制器，其特征在于：激光器输出两路信号分别作为本振信号及待调制信号；微波信号发生器产生副载波信号与调制信号发生器产生的编码信号在混频器进行混频，混频后的信号输入激光单边带调制器；激光单边带调制器对激光器输入的待调制信号进行调制并输出至光放大器；光放大器输出连接至光收发系统并由光收发系统输出光信号照射于待测目标表面；目标散射回波由光收发系统接收后输入至光解调器；光解调器输出连接至光电探测器，光电探测器输出信号由模数转换器进行采样后输入至信号处理机，信号处理机连接闭环控制器控制微波发生器产生不同副载波频率
。2.
根据权利要求1所述的一种多普勒自适应补偿的编码成像雷达系统，其特征在于：所述光解调器选择
90
°
光学桥接器或
3dB
耦合器，当选用
3dB
耦合器时，设置副载波频率
ω
m
满足其中，
N
为编码长度，
B
为调制速率
。3.
一种多普勒自适应补偿的编码成像雷达系统的实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤
S1
：生成频率
ω
m
的副载波信号，将其与编码信号混频后的信号设置为匹配滤波器；步骤
S2
：估计目标相对多普勒
ω
D
...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋凯，宋岸鹏，李建，徐晨，郭友明，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：