一种基于中红外激光器的车载雷达测距系统及方法

技术领域

本发明一种基于中红外激光器的车载雷达测距系统及方法，属于基于中红外激光器的车载雷达测距技术领域。

背景技术

近年来无人驾驶技术快速发展，车载激光雷达作为汽车的“眼睛”，在自动驾驶中扮演重要的角色；车载激光雷达的工作方式是通过车载雷达发出探测信号对汽车周边物体进行探测，并接收和处理回波信号，数据处理之后得到目标物与汽车之间的距离位置信息，作为汽车自动驾驶参考的数据基础。

传统雷达基于脉冲信号进行测量，其分辨率依赖于脉冲宽度，难以达到高分辨率的测量要求，此外脉冲信号在车多的环境中会相互干扰，无法满足大量无人汽车同时上路行驶的需求；为解决该问题，一些研究人员利用伪随机序列对探测信号进行调制，尽管可以改善空间分辨率，但是有限长度随机序列的排列组合仍然无法支持大量无人汽车的同时使用；为解决该问题，还可以使用幅度随机的混沌激光信号作为雷达的信号源，得益于其信号复杂的特性，可以解决高分辨率以及相互干扰的问题，然而混沌激光使用的近红外光工作距离较短，在用其进行测距上无法满足需求，使其在无人驾驶的应用上一直受到限制。

综上所述，现有测距装置系统均无法满足现有车载无人驾驶汽车雷达的高精度、抗干扰的测距需求，有必要设计一种适用于无人驾驶汽车的高分辨率、远距离和抗干扰的车载激光雷达控制系统。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于中红外激光器的车载雷达测距系统硬件及测距方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于中红外激光器的车载雷达测距系统，包括第一中红外激光器和第二中红外激光器，还包括ASE光源发生装置、第一光电探测器、放大器、第二光电探测器、第三光电探测器、数据处理模块；

所述第一中红外激光器的输出端与第二中红外激光器的输入端连接；

所述ASE光源发生装置的输出端与第一光电探测器的输入端连接，所述第一光电探测器的输出端通过放大器后与第二中红外激光器的调制端口连接；

所述第二中红外激光器的输出端通过第二光电探测器后与数据处理模块相连，所述第二中红外激光器同时将激光发射至探测目标，所述探测目标反射的回波信号由第三光电探测器进行接收，所述第三光电探测器的输出端与数据处理模块相连。

所述第一中红外激光器具体为中红外量子级联激光器；

所述第二中红外激光器具体为去隔离器的中红外量子级联激光器。

一种基于中红外激光器的车载雷达测距方法，具体包括如下步骤：

步骤一：控制第一中红外激光器通过光注入的形式扰动第二中红外激光器，使第二中红外激光器进入稳定的单频正弦信号输出状态，此时调整两激光器的频率失谐，使第二中红外激光器输出的单频正弦信号频率与频率失谐一致，要求输出的正弦信号频率大于10GHz；

步骤二：控制ASE光源发生装置产生噪声信号并通过第一光电探测器转化为电信号，所述电信号经过放大器后输入第二中红外激光器，进一步对第二中红外激光器的驱动电流进行调制，使第二中红外激光器输出大幅度、随机的中红外光信号；

步骤三：控制第二中红外激光器输出两路光信号，一路光信号作为参考信号输入第二光电探测器，另一路光信号向探测目标表面进行发射，所述探测目标将收到的光信号进行反射，反射的回波信号由第三光电探测器进行接收，所述第二光电探测器和第三光电探测器将接收信号发送至数据处理模块；

步骤四：所述数据处理模块根据预设参数，对参考信号和回波信号进行分析处理，得到当前探测目标的定位数据，进一步做连续测量，对比参考信号和回波信号的频谱得到探测目标的运动速度数据。

所述步骤二中，使用不同带宽规格的第一光电探测器，能够使第二中红外激光器输出不同规格的光射频谱带宽，选择所述第一光电探测器的带宽为10GHz-40GHz。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明为解决现有车载雷达系统测量分辨率低、探测距离近、抗干扰能力差的问题，提供一种高分辨率、远距离和抗干扰的车载激光雷达系统；本发明提供的中红外量子级联激光器波长覆盖范围宽，且有一部分波长对应在大气窗口，因此相比近红外雷达而言，探测距离更远，同时中红外量子级联激光器产生的随机光信号带宽可达10GHz以上，复杂度高，具备高分辨率的优势，有效提高雷达探测精度，抗干扰能力强，可以有效解决车载雷达间相互干扰问题。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明车载雷达控制系统的结构示意图；

图2为本发明进行中红外激光测距的步骤流程图；

图中：1为第一中红外激光器、2为第二中红外激光器、3为ASE光源发生装置、4为第一光电探测器、5为放大器、6为探测目标、7为第二光电探测器、8为第三光电探测器、9为数据处理模块。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明提供的测距系统包括如下硬件：第一中红外激光器、第二中红外激光器、ASE光源、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、放大器和数据处理模块；具体安装时，将第一中红外激光器的输出端与第二中红外激光器的输入端连接，ASE光源的输出端与第一光电探测器的输入端连接，第一光电探测器的输出端与第二中红外激光器的调制端口连接；

所述第二中红外激光器的输出信号分为两路，一路信号输入到第二光电探测器，另一路激光信号发射至探测目标，所述探测目标反射的回波信号由第三光电探测器进行接收，所述第二光电探测器和第三光电探测器的输出端均与数据处理模块连接。

本发明采用测距系统进行测距的方法实现步骤如下：

首先第一中红外激光器通过光注入的形式扰动第二中红外激光器进入稳定的单频正弦输出，调整两激光器的频率失谐，可使第二中红外激光器输出的单频正弦的频率与两个激光器的频率失谐一致，输出频率在10GHz以上；

同时ASE光源产生的噪声信号通过第一光电探测器转化为电信号，进一步对第二中红外激光器的驱动电流进行调制，保证系统输出大幅度、随机的中红外光信号，且选用不同的带宽的第一光电探测器，令输出光的射频谱带宽能够达到10GHz-40GHz；

然后第二中红外激光器的输出光信号分为两路，一路作为参考进入第二光电探测器，另一路发射出探测目标，数据处理模块利用参考和回波信号对目标进行定位，连续测量中通过对比参考信号和回波信号的频谱可以确定目标运动的速度信息，最终实现了高分辨，抗干扰，速度和位置的同时测量。

在本发明的实施例中，使用雷达系统进行测距时，第一中红外激光器通过光注入的形式扰动第二中红外激光器进入单频正弦振荡，调整两激光器的频率失谐，使其正弦信号的频率可达10GHz以上。

ASE光源产生的噪声信号通过第一光电探测器转化为电信号，进一步对第二中红外激光器的驱动电流进行调制，保证系统输出大幅度、随机的混沌信号。

第二中红外激光器的输出光分为两路，一路作为参考进入第二光电探测器，另一路发射出探测目标。数据处理模块利用参考和回波信号对目标进行定位，分辨率可达厘米量级。连续测量中通过对比参考信号和回波信号的频谱可以确定目标运动的速度信息。最终实现了高分辨，抗干扰，速度和位置的同时测量。

经过测试，调整部分模块参数可以使测距系统达到最佳的测量效果；进行测试时，所述第一中红外激光器应与第二中红外激光器波长相差2-3nm，隔离度大于等于25dB，保证失谐频率大于10GHz，产生大于10GHz的正弦波；

所述第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器带宽大于等于10GHz，三个光电探测器带宽优选为40GHz，可以满足探测高分辨率的要求，所述第二中红外激光器的调制信号可由宽带电噪声发生器提供，其带宽应大于等于10GHz。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。