CN114442110A - 一种调频连续波激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种调频连续波激光雷达。调频连续波雷达包括双波长调频连续波激光模块、分路模块、扫描模块、接收模块及处理模块；双波长调频连续激光模块包括单频激光器和调制器，单频激光器用于输出连续激光，调制器用于将连续激光调制为线性调频的第一边带和第二边带；分路模块用于将第一边带和第二边带分为本振光束和测量光束，本振光束直接传输至接收模块，测量光束传输至接收模块；处理模块用于计算目标物体的距离和速度。本发明实施例的技术方案，可以同时发射上啁啾和下啁啾两个激光信号，得到的返回信号将可以同时处理得到速度和距离信息，而无需等待一个三角波周期完成，可以增加测量的速率，简化系统结构，降低成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及激光雷达技术，尤其涉及一种调频连续波激光雷达。
背景技术
调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)体制是一种重要的雷达类型；相比于脉冲雷达、相位雷达等传统雷达体制而言具有精度高、抗干扰、无距离盲区、能直接测速、结构简单等优势，因而在很多领域具有良好的应用前景。
调频连续波激光雷达通常为了将目标速度引起的多普勒频移和距离去耦合，其光信号的频率以线性依次增加和降低做三角波扫描的。在相干激光雷达系统中，可以使用导致频率增加(上啁啾)和频率降低(下啁啾)的调制的组合将被称为线性调频脉冲的发射波形生成为三角波。在返回信号中，利用上啁啾期间的频率偏移和下啁啾期间的频率偏移来确定目标的距离和相对速度。每完成依次测量，需要一个完整的三角波周期，其效率有待于进一步提升。
发明内容
本发明实施例提供一种调频连续波激光雷达，该雷达可以同时发射上啁啾和下啁啾两个激光信号，得到的返回信号将可以同时处理得到速度和距离信息，而无需等待一个三角波周期完成，可以增加测量的速率，简化系统结构，降低成本。
本发明实施例提供一种调频连续波激光雷达，包括双波长调频连续波激光模块、分路模块、扫描模块、接收模块以及处理模块；
所述双波长调频连续激光模块包括单频激光器和调制器，所述单频激光器用于输出第一频率的连续激光，所述调制器用于在外部调制信号的控制下，将所述连续激光调制为多个关于所述第一频率对称且线性调频的第一边带和第二边带；
所述分路模块用于将关于所述第一频率对称的某一所述第一边带和某一所述第二边带分为本振光束和测量光束，所述本振光束直接传输至所述接收模块，所述测量光束经过所述扫描模块输出并被目标物体反射后传输至所述接收模块；
所述接收模块包括第一接收单元和第二接收单元，所述第一接收单元用于接收所述第一边带的本振光束和测量光束的第一干涉信号，所述第二接收单元用于接收所述第二边带的本振光束和测量光束的第二干涉信号；
所述处理模块用于根据所述第一干涉信号和所述第二干涉信号计算所述目标物体的距离和速度。
本发明实施例调频连续波激光雷达，包括双波长调频连续波激光模块、分路模块、扫描模块、接收模块以及处理模块；通过双波长调频连续激光模块中的单频激光器输出第一频率的连续激光，通过调制器在外部调制信号的控制下，将连续激光调制为多个关于第一频率对称且线性调频的第一边带和第二边带，同时产生上啁啾调频光束和下啁啾调频光束；通过分路模块将关于第一频率对称的某一第一边带和某一第二边带分为本振光束和测量光束，本振光束直接传输至接收模块，测量光束经过扫描模块输出并被目标物体反射后传输至接收模块；通过接收模块的第一接收单元接收第一边带的本振光束和测量光束的第一干涉信号，第二接收单元接收第二边带的本振光束和测量光束的第二干涉信号；通过处理模块根据第一干涉信号和第二干涉信号计算目标物体的距离和速度。由于双波长调频连续波激光模块同时发射上啁啾和下啁啾两个激光信号，得到的返回信号将可以同时处理得到速度和距离信息，而无需等待一个三角波周期完成，可以增加测量的速率，简化系统结构，降低成本。
附图说明
图1是一种调频连续波激光雷达的原理示意图；
图2是图1中调频连续波激光雷达探测距离速度的数学原理示意图；
图3是本发明实施例一种调频连续波激光雷达的结构示意图；
图4是本发明实施例一种双波长调频连续波激光模块的输出光谱示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种调频连续波激光雷达的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的又一种调频连续波激光雷达的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的又一种调频连续波激光雷达的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。其中的“连接”可以是实际物理器件的连接，也可以虚拟的连接，例如通过光路连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1所示为一种调频连续波激光雷达的原理示意图，该调频连续波激光雷达包括激光器1、分束器2、环行器3、角度扫描机构4、耦合器5、平衡光电二极管6、跨阻差分放大器7以及处理器8，激光器1的输出光束通过分束器2分为本振光束和测量光束，本振光束直接进入耦合器5，测量光束通过环行器3出射由角度扫描机构4做空间扫描。目标反射回波经过环行器3之后进入耦合器5，与另一路本振光束通过耦合器5合束干涉，干涉信号由平衡光电二极管6检测，并经过跨阻差分放大器7由处理器8采样计算。
图2所示为图1中调频连续波激光雷达探测距离速度的数学原理示意图。激光信号的频率以三角波的方式线性变化，即三角波的上行扫描和下行扫描分别为f＝f0+at和f＝f0-at；其中f为激光信号频率，f0为初始频率，a为频率变化速率，t为时间。图2中，实线为出射雷达信号，虚线为回波信号；两者之间产生相对延时
其中D为雷达和目标物体的距离，c为光速。雷达信号与回波信号的差频df通过混频器并经过快速傅里叶变换FFT计算得出，于是得到距离信息：
图2(a)所示为雷达与目标物体沿探测方向相对静止的情形，上述差频df在三角波上行扫描和下行扫描部分均相同，即df+＝df-＝a·dt。
图2(b)所示为雷达与目标物体在雷达测量方向上存在相对速度的情形，由于多普雷效应回波频率相对发射波有一个频移
其中v为相对径向速度。这样测量三角波扫频上升和下降的差频信号可以得到v。具体距离计算公式为：
速度计算公式为：
其中，df+＝a·dt-Δf，df-＝a·dt+Δf。
由此可以看出，为了将目标速度引起的多普勒频移和距离去耦合，在相干激光雷达系统中，可以使用激光频率依次增加(上啁啾)和降低(下啁啾)的调制的组合(被称为线性调频脉冲三角波)，在返回信号中，利用上啁啾期间的频率偏移和下啁啾期间的频率偏移来确定目标的距离和相对速度。如此每完成依次测量，需要一个完整的三角波周期。现有技术中若要实现上啁啾和下啁啾脉冲同时发射，需要两套激光源，复杂度和成本均会增加，而且要使用两个线性调频激光，要保证两者调频速率一致和同步，这对于μs级的调制周期难度进一步提高。
有鉴于此，本发明实施例提供一种可以提高测量效率的调频连续波激光雷达。图3所示为本发明实施例提供的一种调频连续波激光雷达的结构示意图，参考图3，本实施例提供的调频连续波激光雷达包括双波长调频连续波激光模块10、分路模块20、扫描模块30、接收模块40以及处理模块50；双波长调频连续激光模块10包括单频激光器11和调制器12，单频激光器11用于输出第一频率f1的连续激光，调制器12用于在外部调制信号a的控制下，将连续激光调制为多个关于第一频率f1对称且线性调频的第一边带和第二边带；分路模块20用于将关于第一频率f1对称的某一第一边带和某一第二边带分为本振光束和测量光束，本振光束直接传输至接收模块40，测量光束经过扫描模块40输出并被目标物体60反射后传输至接收模块40；接收模块40包括第一接收单元41和第二接收单元42，第一接收单元41用于接收第一边带的本振光束和测量光束的第一干涉信号，第二接收单元42用于接收第二边带的本振光束和测量光束的第二干涉信号；处理模块50用于根据第一干涉信号和第二干涉信号计算目标物体60的距离和速度。
其中，单频激光器11为窄线宽固定频率激光器，输出一个频率为第一频率f1的连续激光，例如可以为分布反馈半导体激光器、分布布拉格反射半导体激光器、外腔反馈半导体激光器、光栅反馈半导体激光器、微环反馈半导体激光器或量子点激光器的任意一种。半导体激光器采用半导体材料(例如InP、GaAs等)形成，量子点激光器可以通过在Si材料中掺杂量子点形成，这些激光器体积小，有利于集成于光学芯片中，分布反馈(DFB)半导体激光器、分布布拉格反射(DBR)半导体激光器、外腔反馈(例如F-P腔)半导体激光器、光栅反馈半导体激光器以及微环反馈半导体激光器具有良好的单频性能，可以有效提高信号质量。外部控制信号a可以为一种微波调频信号，由一微波信号源提供，微波调频信号源可以产生高重复频率(例如kHz到MHz量级)，大范围(例如数百MHz到数十GHz)的线性调频微波信号，在外部控制信号a的控制下，将连续激光调制为多个关于第一频率f1对称且线性调频的第一边带和第二边带。示例性的，图4所示为本发明实施例提供的一种双波长调频连续波激光模块的输出光谱示意图，参考图4，经过第一频率f1的光束经过调制后，产生多个关于第一频率f1对称的一系列第一边带f1+fm，f1+2fm……和第二边带f1-fm，f1-2fm……，fm为随时间做线性变化的调制微波信号频率。其中对称的f1+fm和f1-fm，或f1+2fm和f1-2fm，都可以用于本发明的两个对称上啁啾和下啁啾信号，其扫频的速率和范围对称，可以自动满足同步性要求。第一接收单元41和第二接收单元42均可以为平衡光电二极管，分别接收上啁啾和下啁啾的信号，提高测量效率。
本实施例的技术方案，通过双波长调频连续激光模块中的单频激光器输出第一频率的连续激光，通过调制器在外部调制信号的控制下，将连续激光调制为多个关于第一频率对称且线性调频的第一边带和第二边带，同时产生上啁啾调频光束和下啁啾调频光束；通过分路模块将关于第一频率对称的某一第一边带和某一第二边带分为本振光束和测量光束，本振光束直接传输至接收模块，测量光束经过扫描模块输出并被目标物体反射后传输至接收模块；通过接收模块的第一接收单元接收第一边带的本振光束和测量光束的第一干涉信号，第二接收单元接收第二边带的本振光束和测量光束的第二干涉信号；通过处理模块根据第一干涉信号和第二干涉信号计算目标物体的距离和速度。由于双波长调频连续波激光模块同时发射上啁啾和下啁啾两个激光信号，得到的返回信号将可以同时处理得到速度和距离信息，而无需等待一个三角波周期完成，可以增加测量的速率，简化系统结构，降低成本。
在上述技术方案的基础上，图5所示为本发明实施例提供的另一种调频连续波激光雷达的结构示意图，参考图5，可选的，双波长调频连续激光模块10还包括放大器13，放大器13位于调制器12的输出端，用于放大双波长调频连续激光模块的输出光束。通过设置放大器13，可以对需要的信号进行放大，提高雷达的性能。进一步的，为了抑制激光载波f1成分，本实施例中的调制器12使用载波抑制强度调制器。
可选的，外部调制信号为线性调频微波信号；线性调频微波信号由压控振荡器产生、锁相环产生或直接数字合成器产生。
可以理解的是，压控振荡器(VCO)是一种输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，其可以输出调制单元所需的线性调频微波信号。锁相环(PLL)是一种检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制的器件。直接数字合成器(DDS)是一种从相位概念出发直接合成所需要波形的一种频率合成技术，其与波倍频混频器结合可以输出调制单元所需的线性调频微波信号。
可选的，调制器包括相位调制器、强度调制器、电吸收调制器、载波抑制双边带调制器或微环调制器中的任意一种，具体实施是可以根据实际情况灵活选择。
可选的，本发明实施例中，双波长调频连续波激光模块、分路模块、扫描模块以及接收模块采用光纤耦合、自由空间耦合或集成于同一半导体芯片上。最理想的情况是，所有的光学器件，以及微波射频器件，都在半导体芯片上并行的实现混合集成，可以大大降低尺寸和成本，发挥出调频连续波激光测距的优势。
图6所示为本发明实施例提供的又一种调频连续波激光雷达的结构示意图，参考图6，可选的，分路模块20包括第一分束器21、第一环行器22、第一耦合器23、第一滤波器24、第二滤波器25、第三滤波器26以及第四滤波器27；第一分束器21的输入端与调制器12的输出端连接，用于接收调制器12的输出端的输出光束；第一分束器21的第一输出端与第一环行器22的第一端连接，第二输出端与第一耦合器23的第一输入端连接，第一分束器21的第一输出端用于将测量光束传输至第一环行器22的第一端，第一分束器21的第二输出端用于将本振光束传输至第一耦合器23的第一输入端；第一环行器22的第二端与扫描模块30连接，第三端与第一耦合器23的第二输入端连接，第一环行器22的第二端用于将测量光束传输至扫描模块30，第一耦合器23的第二输入端用于接收经过目标物体60反射、扫描模块30、第一环行器22的第二端、第一环行器22的第三端的测量光束；第一耦合器23的第一输出端与第一滤波器24的输入端连接，第二输出端与第二滤波器25的输入端连接，第一滤波器24的第一输出端和第二滤波器25的第一输出端均与第一接收单元41连接，第一滤波器24和第二滤波器25用于将第一子边带的干涉信号传输至第一接收单元41；第一滤波器24的第二输出端与第三滤波器26的输入端连接，第二滤波器25的第二输出端与第四滤波器27的输入端连接，第三滤波器26和第四滤波器27的输出端均与第二接收单元42连接，第三滤波器26和第四滤波器27用于将第二子边带的干涉信号传输至第二接收单元42；其中，第一子边带为第一边带中的某一边带，第二子边带为第二边带中的某一边带，第一子边带和第二子边带关于第一频率对称。
其中，本实施例中所用的滤波器可以为基于波导的单个微环形成的单阶滤波器、基于波导的多个微环耦合的高阶滤波器、单级马赫-曾德尔滤波器、级联马赫-曾德尔滤波器或波导光栅滤波器的任意一种。第一滤波器24和第二滤波器25可以输出第一子边带，第三滤波器26和第四滤波器27可以输出第二子边带，可选的，第一子边带和第二子边带为与第一频率相邻的边带，即第一子边带包括f1+fm成分，第二子边带包括f1-fm成分，由于fm随时间线性变化，例如调频范围为1GHz，则滤波器带宽需至少大于该调频范围以保证调频的边带信号都能通过滤波器。通过相同频率和带宽的第一滤波器24和第二滤波器25滤波的本振和回波f1+fm信号送往第一接收单元41，所产生的信号被模数转换器ADC采样。同样的，通过相同频率和带宽的第三滤波器26和第四滤波器27滤波的本振和回波f1-fm信号送往第二接收单元42，所产生的信号被ADC采样。ADC采样的信号再由处理模块50分析，通过FFT可以得到由于多普勒效应产生的频移和目标距离延时产生的线性扫频频率变化信号，如此可以推算出目标速度和距离。
图6所示的实施例中，分路模块20先分束，最后进入接收单元之前才分离上啁啾和下啁啾信号，在其他实施例中，也可以先将上啁啾和下啁啾信号分离。图7所示为本发明实施例提供的又一种调频连续波激光雷达的结构示意图，参考图7，可选的，分路模块20包括第五滤波器210、第六滤波器220、第二分束器230、第三分束器240、第二环行器250、第三环行器260、第二耦合器270、第三耦合器280以及合束分束器290；第五滤波器210的输入端与调制器12的输出端连接，用于接收调制器12的输出端的输出光束；第五滤波器210的第一输出端与第二分束器230的输入端连接，第二输出端与第六滤波器220的输入端连接，第五滤波器210用于将第三子边带传输至第二分束器230；第二分束器230的第一输出端与第二环行器250的第一端连接，第二输出端与第二耦合器270的第一输入端连接，第二分束器230的第一输出端用于将第三子边带的测量光束传输至第二环行器250的第一端，第二分束器230的第二输出端用于将第三子边带的本振光束传输至第二耦合器270的第一输入端；第二环行器250的第二端与合束分束器290的第一端连接，第三端与第二耦合器270的第二输入端连接，合束分束器290的第二端与扫描模块30连接，第二耦合器270的第二输入端用于接收经过目标物体60反射、扫描模块30、合束分束器290的第二端、合束分束器290的第一端、第二环行器250的第二端、第二环行器250的第三端的第三子边带的测量光束；第二耦合器270的第一输出端和第二输出端均与第一接收单元41连接，用于将第三子边带的本振光束和测量光束的干涉信号传输至第一接收单元41；第六滤波器220的输出端与第三分束器240的输入端连接，第六滤波器220用于将第四子边带传输至第三分束器240；第三分束器240的第一输出端与第三环行器260的第一端连接，第二输出端与第三耦合器280的第一输入端连接，第三分束器240的第一输出端用于将第四子边带的测量光束传输至第三环行器260的第一端，第三分束器240的第二输出端用于将第四子边带的本振光束传输至第三耦合器280的第一输入端；第三环行器260的第二端与合束分束器290的第三端连接，第三端与第三耦合器280的第二输入端连接，第三耦合器280的第二输入端用于接收经过目标物体60反射、扫描模块30、合束分束器290的第二端、合束分束器290的第三端、第三环行器260的第二端、第三环行器260的第三端的第四子边带的测量光束；第三耦合器280的第一输出端和第二输出端均与第二接收单元42连接，用于将第四子边带的本振光束和测量光束的干涉信号传输至第二接收单元42；其中，第三子边带为第一边带中的某一边带，第四子边带为第二边带中的某一边带，第三子边带和第四子边带关于第一频率对称。
本实施例中，调制过后的光信号首先经过第五滤波器210将产生的第三子边带选出，进入经典的相干测量干涉仪，即通过第二分束器230分为测量光束和本振光束，测量光束经过第二环行器250、合束分束器290、扫描模块30达到目标物体。第六滤波器220选出第四子边带，经过类似的相干测量干涉仪，测量光束也通过合束分束器290，与上啁啾的测量光一起出射。如此的，采用两套独立的干涉测量光路，上啁啾和下啁啾信号在调制器12后分离分别进入该两套独立的干涉测量光路，最后又通过合束分束器290将两上啁啾和下啁啾信号的测量光束合束，同时也将回波中的上啁啾和下啁啾信号分束。如此两套分立的干涉测量光路分别获得上啁啾和下啁啾调频连续波测量信号，可以去耦合解调出速度与距离信息。可选的，第三子边带和第四子边带为与第一频率相邻的边带。即第三子边带包括f1+fm成分，第四子边带包括f1-fm成分。
可选的，合束分束器290可以为波分复用合束分束器或偏振合束分束器。当合束分束器290为偏振分束合束器时，只需将其中一个信号偏振使用玻片或法拉第旋转镜旋转90度，即可与另一个信号通过偏振合束器合束，具体实施时可以根据实际情况选择。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种调频连续波激光雷达，其特征在于，包括双波长调频连续波激光模块、分路模块、扫描模块、接收模块以及处理模块；
所述双波长调频连续激光模块包括单频激光器和调制器，所述单频激光器用于输出第一频率的连续激光，所述调制器用于在外部调制信号的控制下，将所述连续激光调制为多个关于所述第一频率对称且线性调频的第一边带和第二边带；
所述分路模块用于将关于所述第一频率对称的某一所述第一边带和某一所述第二边带分为本振光束和测量光束，所述本振光束直接传输至所述接收模块，所述测量光束经过所述扫描模块输出并被目标物体反射后传输至所述接收模块；
所述接收模块包括第一接收单元和第二接收单元，所述第一接收单元用于接收所述第一边带的本振光束和测量光束的第一干涉信号，所述第二接收单元用于接收所述第二边带的本振光束和测量光束的第二干涉信号；
所述处理模块用于根据所述第一干涉信号和所述第二干涉信号计算所述目标物体的距离和速度。
2.根据权利要求1所述的调频连续波激光雷达，其特征在于，所述分路模块包括第一分束器、第一环行器、第一耦合器、第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器以及第四滤波器；
所述第一分束器的输入端与所述调制器的输出端连接，用于接收所述调制器的输出端的输出光束；
所述第一分束器的第一输出端与所述第一环行器的第一端连接，第二输出端与所述第一耦合器的第一输入端连接，所述第一分束器的第一输出端用于将测量光束传输至所述第一环行器的第一端，所述第一分束器的第二输出端用于将本振光束传输至所述第一耦合器的第一输入端；
所述第一环行器的第二端与所述扫描模块连接，第三端与所述第一耦合器的第二输入端连接，所述第一环行器的第二端用于将所述测量光束传输至所述扫描模块，所述第一耦合器的第二输入端用于接收经过所述目标物体反射、所述扫描模块、所述第一环行器的第二端、所述第一环行器的第三端的测量光束；
所述第一耦合器的第一输出端与所述第一滤波器的输入端连接，第二输出端与所述第二滤波器的输入端连接，所述第一滤波器的第一输出端和所述第二滤波器的第一输出端均与所述第一接收单元连接，所述第一滤波器和所述第二滤波器用于将第一子边带的干涉信号传输至所述第一接收单元；
所述第一滤波器的第二输出端与所述第三滤波器的输入端连接，所述第二滤波器的第二输出端与所述第四滤波器的输入端连接，所述第三滤波器和所述第四滤波器的输出端均与所述第二接收单元连接，所述第三滤波器和所述第四滤波器用于将第二子边带的干涉信号传输至所述第二接收单元；
其中，所述第一子边带为所述第一边带中的某一边带，所述第二子边带为所述第二边带中的某一边带，所述第一子边带和所述第二子边带关于所述第一频率对称。
3.根据权利要求2所述的调频连续波激光雷达，其特征在于，所述第一子边带和所述第二子边带为与所述第一频率相邻的边带。
4.根据权利要求1所述的调频连续波激光雷达，其特征在于，所述分路模块包括第五滤波器、第六滤波器、第二分束器、第三分束器、第二环行器、第三环行器、第二耦合器、第三耦合器以及合束分束器；
所述第五滤波器的输入端与所述调制器的输出端连接，用于接收所述调制器的输出端的输出光束；
所述第五滤波器的第一输出端与所述第二分束器的输入端连接，第二输出端与所述第六滤波器的输入端连接，所述第五滤波器用于将第三子边带传输至所述第二分束器；
所述第二分束器的第一输出端与所述第二环行器的第一端连接，第二输出端与所述第二耦合器的第一输入端连接，所述第二分束器的第一输出端用于将所述第三子边带的测量光束传输至所述第二环行器的第一端，所述第二分束器的第二输出端用于将所述第三子边带的本振光束传输至所述第二耦合器的第一输入端；
所述第二环行器的第二端与所述合束分束器的第一端连接，第三端与所述第二耦合器的第二输入端连接，所述合束分束器的第二端与所述扫描模块连接，所述第二耦合器的第二输入端用于接收经过所述目标物体反射、所述扫描模块、所述合束分束器的第二端、所述合束分束器的第一端、所述第二环行器的第二端、所述第二环行器的第三端的第三子边带的测量光束；
所述第二耦合器的第一输出端和第二输出端均与所述第一接收单元连接，用于将所述第三子边带的本振光束和测量光束的干涉信号传输至所述第一接收单元；
所述第六滤波器的输出端与所述第三分束器的输入端连接，所述第六滤波器用于将第四子边带传输至所述第三分束器；
所述第三分束器的第一输出端与所述第三环行器的第一端连接，第二输出端与所述第三耦合器的第一输入端连接，所述第三分束器的第一输出端用于将所述第四子边带的测量光束传输至所述第三环行器的第一端，所述第三分束器的第二输出端用于将所述第四子边带的本振光束传输至所述第三耦合器的第一输入端；
所述第三环行器的第二端与所述合束分束器的第三端连接，第三端与所述第三耦合器的第二输入端连接，所述第三耦合器的第二输入端用于接收经过所述目标物体反射、所述扫描模块、所述合束分束器的第二端、所述合束分束器的第三端、所述第三环行器的第二端、所述第三环行器的第三端的第四子边带的测量光束；
所述第三耦合器的第一输出端和第二输出端均与所述第二接收单元连接，用于将所述第四子边带的本振光束和测量光束的干涉信号传输至所述第二接收单元；
其中，所述第三子边带为所述第一边带中的某一边带，所述第四子边带为所述第二边带中的某一边带，所述第三子边带和所述第四子边带关于所述第一频率对称。
5.根据权利要求4所述的调频连续波激光雷达，其特征在于，所述第三子边带和所述第四子边带为与所述第一频率相邻的边带。
6.根据权利要求4所述的调频连续波激光雷达，其特征在于，所述合束分束器为波分复用合束分束器或偏振合束分束器。
7.根据权利要求1所述的调频连续波激光雷达，其特征在于，所述双波长调频连续激光模块还包括放大器，所述放大器位于所述调制器的输出端，用于放大所述双波长调频连续激光模块的输出光束。
8.根据权利要求1所述的调频连续波激光雷达，其特征在于，所述外部调制信号为线性调频微波信号；
所述线性调频微波信号由压控振荡器产生、锁相环产生或直接数字合成器产生。
9.根据权利要求1所述的调频连续波激光雷达，其特征在于，所述调制器包括相位调制器、强度调制器、电吸收调制器、载波抑制双边带调制器或微环调制器中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的调频连续波激光雷达，其特征在于，所述双波长调频连续波激光模块、所述分路模块、所述扫描模块以及所述接收模块采用光纤耦合、自由空间耦合或集成于同一半导体芯片上。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115166761A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-10-11 | 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 | Fmcw扫频方法及fmcw激光雷达系统 |
| CN115629370A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-01-20 | 浙江华是科技股份有限公司 | 激光雷达探测系统及方法 |
| WO2024139577A1 (zh) * | 2022-12-28 | 2024-07-04 | 武汉万集光电技术有限公司 | 一种激光雷达 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115015953B (zh) * | 2022-06-06 | 2023-02-28 | 长沙思木锐信息技术有限公司 | 微波驱动的fmcw激光雷达探测装置及其探测方法 |
| CN117572444B (zh) * | 2024-01-17 | 2024-03-15 | 赛丽科技(苏州)有限公司 | 一种调频连续波激光雷达测距测速系统及方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105572690A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-05-11 | 中国科学技术大学 | 一种基于单频连续光eom调制的双频相干测风激光雷达 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4388622A (en) * | 1981-04-15 | 1983-06-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Double sideband linear frequency modulation system for radar applications |
| US6573982B1 (en) * | 1991-09-18 | 2003-06-03 | Raytheon Company | Method and arrangement for compensating for frequency jitter in a laser radar system by utilizing double-sideband chirped modulator/demodulator system |
| CN107505626B (zh) * | 2017-09-12 | 2019-06-28 | 南京航空航天大学 | 基于双边带调制的激光测量方法及装置 |
| CN107863679B (zh) * | 2017-11-27 | 2020-05-05 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 基于相位调制器的调频激光信号产生的装置 |
| US20190331797A1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-10-31 | GM Global Technology Operations LLC | Alternating chirp frequency modulated continuous wave doppler lidar |
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| CN110350981B (zh) * | 2019-07-19 | 2020-06-26 | 南京航空航天大学 | 一种基于光子学的宽带调频微波信号生成方法及装置 |
| CN111693988A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-09-22 | 杭州爱莱达科技有限公司 | 一种激光毫米波一体化测距测速雷达方法及装置 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105572690A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-05-11 | 中国科学技术大学 | 一种基于单频连续光eom调制的双频相干测风激光雷达 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115166761A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-10-11 | 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 | Fmcw扫频方法及fmcw激光雷达系统 |
| WO2024051042A1 (zh) * | 2022-09-07 | 2024-03-14 | 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 | Fmcw扫频方法及fmcw激光雷达系统 |
| CN115629370A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-01-20 | 浙江华是科技股份有限公司 | 激光雷达探测系统及方法 |
| WO2024139577A1 (zh) * | 2022-12-28 | 2024-07-04 | 武汉万集光电技术有限公司 | 一种激光雷达 |
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