一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法與裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法與裝置，屬于激光雷達測距領域，包括以下步驟：S1：發送序列的位信息利用一對相鄰碼元相位差的方式對光源信號進行相位調制，S2：相位調制后的光信號發射經發射光學天線進入待測空間，S3：反射的光信號進入延遲干涉儀，從而實現光信號的解調，S4：對解調后的光信號通過光電平衡檢測器進行光電轉換，S5：本地序列利用碼片比相、碼時鐘比相二者中至少之一的比相方式來實現距離測量。本發明專利技術的激光雷達測距的方法與裝置基于擴頻技術，抗干外界干擾能力強，距離探測的更遠，且價格便宜，同時可根據實際需求進行粗測或精測，提高測量速度。

A Method and Device for Laser Radar Ranging Based on Spread Spectrum Technology

【技術實現步驟摘要】
一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法與裝置
本專利技術涉及激光雷達測距領域，具體為一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法。本專利技術涉及激光雷達測距領域，具體為一種基于擴頻技術的激光雷達測距的裝置。
技術介紹
作為一種能夠獲取物體位置、形狀的信息的傳感器，激光雷達適用于地形地圖測繪。常用于室內建模、道路及設施數據采集、礦山采空區測量，或搭載于飛行器上進行大范圍的電力巡線、林業普查、水利勘測等等，應用廣泛。目前，激光雷達測量技術應用呈現多樣化態勢，除了傳統測繪，在無人駕駛、智能機器人等新興行業展現了廣闊的市場前景。市場上的激光雷達公司多數使用的是TOF(飛行時間)技術，即通過光發射和接收的時間差來計算飛行時間，由此確定探測距離。但這種雷達測距方式其存在的一些問題，比如抗干擾，強光條件、惡劣天氣下的性能受限，探測距離有限(無法超過200米)。對于TOF技術來說，抗干擾、抗強光能力差主要是其無法實現編碼；探測距離有限，與其工作的功率大小有關。理論上而言，功率越大，傳輸的距離就更遠，但功率變大后穩定性較難控制，同時安全隱患也會增加。市場上還有一種激光雷達的測距技術，是基于相干技術的相干激光雷達。相干激光雷達主要基于FMCW技術，以光學處理模塊代替了尋常激光雷達的電子模塊，可以在低信噪比的條件下提高探測距離。FMCW的主要缺點是：首先FMCW激光光源體積較大而且很昂貴，其次，它需要更多的計算能力，因此在生成全三維環繞圖時速度較慢，而且測量精度對調制時的線性度程度非常敏感。擴頻技術可以有效地減少噪聲的影響，能在不犧牲分辨率的前提下提高信噪比。另外，擴頻技術還具有非常強的抗干擾能力，如果將擴頻技術應用在激光雷達領域就能有效的克服TOF方案所面臨的困境。理論上將擴頻技術應用在激光雷達領域有很好的前景。但是正如在光通信領域里利用擴頻技術一樣，在激光雷達用擴頻技術同樣首先要面臨如何實現雙極性編碼的問題。對比中國專利ZL201410491605.5中提到了一種將擴頻技術應用在光纖背向散射測量的方法和裝置。但是光纖背向散射的測量無論在應用領域，實時性要求，測試精度要求，以及對器件關鍵的幾何尺寸的要求方面都與激光雷達有很大的不同，不能將專利ZL201410491605.5中的技術方案直接用于激光雷達中，其中，專利ZL201410491605.5中的光DPSK調制方式方案為：即發送序列經過預編碼器然后以DPSK方式調制相位調制器，并經過延遲干涉儀解調的方案。通過分析ZL201410491605.5中的技術方案與激光雷迪技術方案的主要不同點：從應用領域來看，專利ZL201410491605.5的技術方案是針對光纖中的散射或反射進行定位測量，而激光雷達是對開敞外空間中目標物的定位測量；從實時性來看，以自動駕駛所需的激光雷達為例，汽車在高速行駛中因此對周圍環境中的目標物體的測量有實時性要求，而光纖中的定位測量一般是靜態進行的沒有實時性的要求；從測量精度來看，還以車載激光雷達為例，對幾百米外的目標物的定位精度會與周邊數米內的目標物的定位精度有不同的要求；從器件關鍵尺寸來看，光纖中使用的光源、連接耦合器、相位調制器等都是為了對耦合進或出直徑9或10微米光纖的光信號進行處理，而激光雷達的出射光束直徑可以達到若干厘米。光束直徑的差異將導致相位調制方式等完全不同，比如，對于光纖相位調制器選到半波電壓為幾伏的器件非常容易，如果對光束直徑達到厘米級別的光束進行相位調制，半波電壓將增加數十倍乃至數百上千倍，這將使用于光纖相位調制器中的調制方式不做改變的話在有些情況下很難用于激光雷達中。因此，我們提出一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法與裝置。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法與裝置，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法，包括以下步驟：S1：發送序列的位信息利用預編碼對光源信號進行相位調制以實現一對相鄰碼元相位差，具體包括以下步驟：A：光發送單元產生光源信號；B：發送序列發生器產生發送序列信號；C：預編碼器對上述步驟B中的發送序列位信號進行預編碼以產生一對相鄰碼元相位差；D：相位調制驅動器將數字信號轉換成對應的電平信號以完成對相位調制器的驅動，第一相位調制器通過上述步驟C中得到的預編碼對光源信號進行相位調制；S2：相位調制后的光信號發射經光學發送天線進入待測空間；S3：待測空間中目標物體反射的光信號經光學接收天線進入延遲干涉儀，從而實現光信號的解調；S4：對解調后的光信號通過光電平衡檢測器進行光電轉換；S5：本地序列發生器產生本地序列，本地序列利用碼片比相、碼時鐘比相二者中至少之一的比相方式對光電轉換后的信號進行相關解擴。優選的，該方法還包括：光源信號被調制成光脈沖信號；利用發送序列的位信息在一個光脈沖碼片中進行一對相鄰碼元間的相位差調制；延遲干涉儀被調制在正交工作狀態；延遲干涉儀的臂長差等于兩對相鄰碼元間的距離差。優選的，發送序列采用復合碼以減少相關解擴的捕獲時間。優選的，該方法還包括：調制延遲干涉儀的相位或調制進入延遲干涉儀前的光信號，使得待解擴光信號在光電平衡探測器上單極性輸出，以提前完成相關解擴光電轉換后的信號所需的乘法運算。優選的，該方法還包括：首先利用碼片比相實現距離量的粗測，進一步利用碼時鐘比相實現距離量的精測。優選的，該方法還包括：采用光學發送天線和光學接收天線光路復用的結構。一種基于擴頻技術的激光雷達測距的裝置，該裝置包括：光發送單元、發送序列發生器、光學發送天線、預編碼器、第一相位調制器、光學接收天線、延遲干涉儀、光電平衡檢測器、本地序列發生器、相位調制驅動器、碼片比相相關解擴器以及距離測量處理單元；光發送單元，用于產生光源信號；發送序列發生器，用于產生發送序列信號；光學發送天線，用于向空間中發射光波的器件；預編碼器，用于對發送序列位信息進行預編碼以產生一對相鄰碼元相位差；第一相位調制器，用于對光源信號進行相位調制；光學接收天線，用于接收外空間中反射的光波信號的器件；延遲干涉儀，用于解調反射的光信號；光電平衡檢測器，用于對解調后的光信號進行光電轉換；碼片比相相關解擴器，通過碼片比相的比相方式用于利用本地序列對光電轉換后的信號進行相關解擴；相位調制驅動器，用于將數字信號轉換成對應的電平信號以完成對相位調制器的驅動；距離測量處理單元，用于進一步處理相關解擴結果來實現距離測量。優選的，所述延遲干涉儀包括第二相位調制器，利用所述第二相位調制器調制延遲干涉儀的相位，使得待解擴光信號在光電平衡檢測器上單極性輸出，以提前完成光電轉換后的信號所需的乘法運算。優選的，該裝置還包括碼時鐘比相移相跟蹤回路與碼時鐘比相相關解擴器；碼時鐘比相相關解擴器，通過碼時鐘比相的比相方式用于利用本地序列對光電轉換后的信號進行相關解擴；碼時鐘比相移相跟蹤回路，用于對本地序列在一個碼片間隔內進行移相，以利用移相的本地序列進行相關解擴，實現第二次距離測量。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：本專利技術的激光雷達測距的方法與裝置抗干外界干擾能力強，距離探測的更遠，且價格便宜，同時可根據實際需求進行粗測或精測，提高測量速度。附圖說明圖1為本專利技術的整體流程圖；圖2為本專利技術的第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：發送序列的位信息利用預編碼對光源信號進行相位調制以實現一對相鄰碼元相位差，具體包括以下步驟：A：光發送單元產生光源信號；B：發送序列發生器產生發送序列信號；C：預編碼器對上述步驟B中的發送序列位信號進行預編碼以產生一對相鄰碼元相位差；D：相位調制驅動器將數字信號轉換成對應的電平信號以完成對相位調制器的驅動，第一相位調制器通過上述步驟C中得到的預編碼對光源信號進行相位調制；S2：相位調制后的光信號發射經光學發送天線進入待測空間；S3：待測空間中目標物體反射的光信號經光學接收天線進入延遲干涉儀，從而實現光信號的解調；S4：對解調后的光信號通過光電平衡檢測器進行光電轉換；S5：本地序列利用碼片比相、碼時鐘比相二者中至少之一的比相方式對光電轉換后的信號進行相關解擴，以進行距離測量。

【技術特征摘要】
1.一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：發送序列的位信息利用預編碼對光源信號進行相位調制以實現一對相鄰碼元相位差，具體包括以下步驟：A：光發送單元產生光源信號；B：發送序列發生器產生發送序列信號；C：預編碼器對上述步驟B中的發送序列位信號進行預編碼以產生一對相鄰碼元相位差；D：相位調制驅動器將數字信號轉換成對應的電平信號以完成對相位調制器的驅動，第一相位調制器通過上述步驟C中得到的預編碼對光源信號進行相位調制；S2：相位調制后的光信號發射經光學發送天線進入待測空間；S3：待測空間中目標物體反射的光信號經光學接收天線進入延遲干涉儀，從而實現光信號的解調；S4：對解調后的光信號通過光電平衡檢測器進行光電轉換；S5：本地序列利用碼片比相、碼時鐘比相二者中至少之一的比相方式對光電轉換后的信號進行相關解擴，以進行距離測量。2.根據權利要求1所述的一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法，其特征在于，該方法還包括：光源信號被調制成光脈沖信號；利用發送序列的位信息在一個光脈沖碼片中進行一對相鄰碼元間的相位差調制；延遲干涉儀被調制在正交工作狀態；延遲干涉儀的臂長差等于兩對相鄰碼元間的距離差。3.根據權利要求1或2所述的一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法，其特征在于：發送序列采用復合碼以減少相關解擴的捕獲時間。4.根據權利要求1或2或3所述的一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法，其特征在于，該方法還包括：調制延遲干涉儀的相位或調制進入延遲干涉儀前的光信號，使得待解擴光信號在光電平衡探測器上單極性輸出，以提前完成相關解擴光電轉換后的信號所需的乘法運算。5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種基于擴頻技術的激光雷達測距的方法，其特征在于，該方法還包括：首先利用碼片比相實現距離量的粗測，進一步利用碼時鐘比相實現距離量的精測。6.根據權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李思佳，陳雯柏，齊躍峰，李衛，
申請(專利權)人：李思佳，
類型：發明
國別省市：北京,11