一種基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，包括步驟：對相干體制激光雷達(dá)的線性調(diào)頻信號的相位進(jìn)行量化得到激光雷達(dá)波形；依據(jù)激光雷達(dá)波形生成激光相位調(diào)制信號，一方面，獲取延時(shí)的激光相位調(diào)制信號，另一方面，放大并發(fā)射激光相位調(diào)制信號；對接收的目標(biāo)回波信號與延時(shí)的激光相位調(diào)制信號進(jìn)行去調(diào)相處理，生成正交解調(diào)回波信號；利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集、記錄正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)；對正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行相位誤差估計(jì)和校正，得到相位誤差校正后的回波信號；對相位誤差校正后的回波信號進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到目標(biāo)的距離向脈沖壓縮信號，用于在大幅度降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣率的條件下實(shí)現(xiàn)相干體制激光雷達(dá)高距離分辨率成像。
【專利說明】一種基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于相干體制激光雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種相干體制激光雷達(dá)波形設(shè)計(jì)及其信號處理方法，具體涉及的相干體制激光雷達(dá)包括合成孔徑激光雷達(dá)(SyntheticAperture Ladar, SAL)、相干體制三維成像激光雷達(dá)、相干體制多普勒測風(fēng)雷達(dá)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光光源信號相干性的提高，相干體制的激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)得到了快速發(fā)展。其激光雷達(dá)的種類和主要的應(yīng)用方向包括:
[0003]合成孔徑激光雷達(dá)由于其采用相干體制，代表著激光雷達(dá)的發(fā)展方向，無論對技術(shù)推動和實(shí)際應(yīng)用均具有重要的研究價(jià)值；
[0004]高分辨率成像技術(shù)研究(成像轉(zhuǎn)角很小的主動激光成像，在原理上可和可見光圖像融合)；
[0005]基礎(chǔ)測繪(高空三維激光雷達(dá)距離向采用脈沖壓縮，順軌向采用合成孔徑成像體制，提高空間探測分辨率。脈沖壓縮技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離時(shí)的高距離分辨率探測，并平衡峰值功率和平均功率的矛盾)；
[0006]大氣風(fēng)場測量(目前的激光多普勒測風(fēng)雷達(dá)距離向可改為脈沖壓縮體制)。
[0007]激光雷達(dá)成像系統(tǒng)和光學(xué)成像系統(tǒng)一樣，其空間分辨率都受天線孔徑的限制。對于一定載頻的激光和一定大小的天線孔徑，方位分辨率會隨著距離的增加而下降。因此，要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離時(shí)的高分辨率成像需要很大的天線孔徑。但是，在實(shí)際系統(tǒng)中很多因素限制了天線孔徑的增加，因此限制了方位分辨率的提高。
`[0008]作為相干激光雷達(dá)的典型例子，合成孔徑激光雷達(dá)由于采用合成孔徑的原理，方位分辨率不隨距離的增加而下降，因此能獲得更高的方位分辨率，在超高分辨率觀測【技術(shù)領(lǐng)域】有廣闊的發(fā)展前景。目前其研究已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注，并取得了明顯的研究進(jìn)展。
[0009]合成孔徑激光雷達(dá)為形成高分辨率圖像需要形成寬帶信號。寬帶信號的形式主要包括寬帶頻率調(diào)制信號和寬帶相位調(diào)制信號，目前微波合成孔徑雷達(dá)(SAR，SyntheticAperture Radar)主要使用了寬帶頻率調(diào)制信號，并采用了成熟的成像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的圖像分辨率已達(dá)到厘米量級。在激光波段，由于實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的聲光器件的限制，目前短時(shí)間內(nèi)(μ s級)能夠?qū)崿F(xiàn)的調(diào)頻信號帶寬較小，達(dá)不到厘米級分辨率對應(yīng)的帶寬要求，現(xiàn)階段只能考慮使用在激光數(shù)字通信技術(shù)支持下發(fā)展出的高速寬帶激光相位調(diào)制器形成寬帶激光相位調(diào)制信號。
[0010]國內(nèi)對相干體制激光雷達(dá)已展開了一些研究，積極開展了合成孔徑激光成像技術(shù)研究工作，目前已獲得毫米級成像結(jié)果。但依舊存在以下問題:主要工作停留在室內(nèi)桌面試驗(yàn)狀態(tài)；為產(chǎn)生大的距離向帶寬，采用了類似SAR頻率步進(jìn)的技術(shù)方案，用慢時(shí)間獲取信號帶寬；為形成方位向帶寬的空間步進(jìn)也很慢，由此產(chǎn)生長達(dá)數(shù)十分鐘的數(shù)據(jù)獲取時(shí)間，無法滿足實(shí)際中要在短時(shí)間內(nèi)生成大帶寬信號的應(yīng)用要求。另外，在該條件下對運(yùn)動誤差的測量提出了過高的要求，沒有考慮到航空激光SAR合成孔徑成像時(shí)間在毫秒量級的特點(diǎn)；桌面系統(tǒng)的分辨率在毫米量級，和航空應(yīng)用需求的5-lOcm分辨率相差甚遠(yuǎn)。
[0011]國外有關(guān)相干體制激光雷達(dá)成像的工作開展相對較早，取得了一定的研究成果。2006年美國雷聲公司和諾斯羅普.格魯門公司先后報(bào)導(dǎo)和演示了機(jī)載合成孔徑激光雷達(dá)成像實(shí)驗(yàn)。2011年美國洛克希德-馬丁公司獨(dú)立完成了合成孔徑激光成像雷達(dá)演示樣機(jī)的機(jī)載實(shí)驗(yàn)，其機(jī)載樣機(jī)系統(tǒng)對距離1.6km的地面目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了幅寬lm，方位向分辨率3.3cm的成像。事實(shí)上，美國洛克希德-馬丁公司的機(jī)載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就是使用了相位編碼信號并有效結(jié)合了微波SAR的成像處理技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012](一)要解決的技術(shù)問題
[0013]要解決的技術(shù)問題主要包括以下幾點(diǎn):1.解決相干體制激光雷達(dá)高分辨率要求的寬帶信號產(chǎn)生問題和發(fā)射信號的高峰值功率問題；2.解決寬帶信號的高速采樣率問題；
3.解決回波信號在存在相位誤差情況下脈沖壓縮性能降低的問題；鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法。
[0014](二)技術(shù)方案
[0015]為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其包括:
[0016]步驟S1:對相干體制激光雷達(dá)的線性調(diào)頻信號的相位進(jìn)行量化，得到激光雷達(dá)波形；
[0017]步驟S2:依據(jù)激光雷達(dá)波形，生成激光相位調(diào)制信號，一方面，將激光相位調(diào)制信號延時(shí)，得到延時(shí)的激光相位調(diào)制信號，另一方面，將激光相位調(diào)制信號進(jìn)行放大，并由相干體制激光雷達(dá)發(fā)射放大的激光相位調(diào)制信號；
[0018]步驟S3:將相干體制激光雷達(dá)接收的目標(biāo)回波信號與延時(shí)的激光相位調(diào)制信號進(jìn)行去調(diào)相處理，生成正交解調(diào)回波信號；
[0019]步驟S4:利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集正交解調(diào)回波信號，并由數(shù)據(jù)記錄器記錄正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)；
[0020]步驟S5:對記錄的正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行相位誤差估計(jì)和相位誤差校正，得到相位誤差校正后的回波信號；
[0021]步驟S6:對相位誤差校正后的回波信號進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到目標(biāo)的距離向脈沖壓縮信號。
[0022](三)有益效果
[0023]1.本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種相干體制激光雷達(dá)波形，用高速寬帶激光相位調(diào)制器生成寬帶激光相位調(diào)制信號，實(shí)現(xiàn)了高距離分辨率要求的寬帶信號，該信號適用于周期相位調(diào)制的連續(xù)波形式，降低了發(fā)射信號的峰值功率；
[0024]2.本發(fā)明設(shè)計(jì)了去調(diào)相接收方式，降低了信號帶寬，使用低采樣率AD轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)采集，使系統(tǒng)得以簡化；
[0025]3.本發(fā)明提出了相位誤差校正方法，保證了回波信號的脈沖壓縮性能。
【專利附圖】

【附圖說明】[0026]圖1為本發(fā)明基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法的流程圖；
[0027]圖2為本發(fā)明中激光雷達(dá)波形的相位示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明中激光雷達(dá)波形的脈沖壓縮性能示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明中相干體制激光雷達(dá)去調(diào)相接收的具體實(shí)現(xiàn)示意圖；
[0030]圖5為本發(fā)明中激光雷達(dá)回波信號經(jīng)去調(diào)相接收后的脈沖壓縮結(jié)果示意圖；
[0031]圖6為本發(fā)明中相干體制激光雷達(dá)相位誤差校正的去調(diào)相接收的具體實(shí)現(xiàn)示意圖；
[0032]圖7a為本發(fā)明中含相位誤差的LFM連續(xù)相位調(diào)制信號回波(或者經(jīng)過耦合并延時(shí)的激光發(fā)射信號)經(jīng)去調(diào)相接收的脈沖壓縮結(jié)果示意圖；
[0033]圖7b為估計(jì)出的信號相位誤差示意圖；
[0034]圖7c為對含相位誤差的LFM連續(xù)相位調(diào)制信號回波(或者經(jīng)過耦合并延時(shí)的激光發(fā)射信號)經(jīng)去調(diào)相接收后進(jìn)行相位誤差校正的脈沖壓縮結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0036]圖1示出了本發(fā)明中基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法的流程圖，如圖所示，該處理流程包括:
[0037]步驟S1:對相干體制激光雷達(dá)的線性調(diào)頻(LFM)信號的相位進(jìn)行量化，得到激光雷達(dá)波形；
[0038]步驟S2:依據(jù)激光雷達(dá)波形，生成激光相位調(diào)制信號，一方面，將激光相位調(diào)制信號延時(shí)，得到延時(shí)的激光相位調(diào)制信號，另一方面，將激光相位調(diào)制信號進(jìn)行放大，并由相干體制激光雷達(dá)發(fā)射放大的激光相位調(diào)制信號；
[0039]步驟S3:將相干體制激光雷達(dá)接收的目標(biāo)回波信號與延時(shí)的激光相位調(diào)制信號進(jìn)行去調(diào)相處理，生成正交解調(diào)回波信號；
[0040]步驟S4:利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)采集正交解調(diào)回波信號，并由數(shù)據(jù)記錄器記錄正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)；
[0041]步驟S5:對記錄的正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行相位誤差估計(jì)和相位誤差校正，得到相位誤差校正后的回波信號；
[0042]步驟S6:對相位誤差校正后的回波信號進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到目標(biāo)的距離向脈沖壓縮信號，用于在大幅度降低A/D采樣率的條件下實(shí)現(xiàn)相干體制激光雷達(dá)高距離分辨率成像。
[0043]步驟SI中，所設(shè)計(jì)的激光雷達(dá)波形具有如下特點(diǎn)和性能:其信號相位歷程等同于線性調(diào)頻信號的相位歷程，對應(yīng)的脈沖壓縮性能等同于線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮性能；或者其信號相位歷程是線性調(diào)頻信號相位歷程的量化實(shí)現(xiàn)，對應(yīng)的脈沖壓縮性能與線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮性能相近。隨著量化位數(shù)的增加，其信號的脈沖壓縮性能不斷逼近線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮性能。當(dāng)量化位數(shù)大于8時(shí)，其脈沖壓縮后的副瓣情況和線性調(diào)頻信號脈沖壓縮后的副瓣情況相近。
[0044]圖2示出了本發(fā)明激光雷達(dá)波形的相位示意圖。圖3示出了本發(fā)明激光雷達(dá)波形的脈沖壓縮性能示意圖。圖2中，LFM連續(xù)相位調(diào)制信號是信號相位等同于線性調(diào)頻信號相位的基帶信號，LFM16PSK相位調(diào)制信號是信號相位為線性調(diào)頻信號相位的16位量化實(shí)現(xiàn)的基帶信號。
[0045]圖3結(jié)果顯示了 LFM連續(xù)相位調(diào)制信號的脈沖壓縮性能和線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮性能相同，LFM16PSK相位調(diào)制信號的脈沖壓縮性能和線性調(diào)頻信號的脈沖壓縮性能相近。
[0046]步驟S2中，所述激光相位調(diào)制信號是由激光相位調(diào)制器接收激光信號和調(diào)制信號，生成并輸出激光相位調(diào)制信號。所述調(diào)制信號由高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器形成的調(diào)制信號產(chǎn)生器(或任意波形發(fā)生器)產(chǎn)生。所述激光相位調(diào)制器是高速寬帶激光相位調(diào)制器，其生成的激光相位調(diào)制信號是寬帶激光相位調(diào)制信號。
[0047]所述激光相位調(diào)制信號的一方面，當(dāng)激光相位調(diào)制器具有連續(xù)相位調(diào)制能力時(shí)，生成線性調(diào)頻信號相位的激光相位調(diào)制信號；所述激光相位調(diào)制信號的另一方面，當(dāng)激光相位調(diào)制器不具有連續(xù)相位調(diào)制能力時(shí)，生成線性調(diào)頻信號相位量化后的激光相位調(diào)制信號。
[0048]所述量化包括二進(jìn)制、四進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制相移鍵控(2PSK，4PSK，8PSK，16PSK)和更高進(jìn)制的相移鍵控等。
[0049]步驟S2中，將所述激光相位調(diào)制信號放大并發(fā)射時(shí)，激光相位調(diào)制信號分為脈沖和周期相位調(diào)制的連續(xù)波兩種形式。采用周期相位調(diào)制的連續(xù)波形式，用于降低發(fā)射信號的峰值功率。
[0050]步驟S3中，所述去調(diào)相接收是將所述相干體制激光雷達(dá)接收的目標(biāo)回波信號和延時(shí)的激光相位調(diào)制信號進(jìn)行相干探測和正交解調(diào)，用以大幅度降低正交解調(diào)(I/Q)信號的帶寬。所述正交解調(diào)(I/Q)信號的帶寬小于接收的目標(biāo)回波信號的帶寬。
[0051]步驟S4中，使用低采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)。所述低采樣率指采樣率小于激光相位調(diào)制信號的帶寬。
[0052]實(shí)施例1:圖4示出了本發(fā)明相干體制激光雷達(dá)去調(diào)相接收的具體實(shí)現(xiàn)示意圖，其主要包括:激光光源、晶振、定時(shí)器、調(diào)制信號產(chǎn)生器、激光相位調(diào)制器、光纖延時(shí)線、發(fā)射端光纖放大器、接收端光纖放大器、激光相干探測解調(diào)器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)記錄器和脈沖壓縮處理單元，其中:
[0053]定時(shí)器接收晶振信號，輸出模數(shù)時(shí)鐘信號、定時(shí)脈沖信號和選通脈沖信號；
[0054]調(diào)制信號產(chǎn)生器接收定時(shí)脈沖信號，生成并輸出調(diào)制信號；
[0055]激光相位調(diào)制器接收調(diào)制信號和激光光源信號，生成并輸出激光相位調(diào)制信號；
[0056]光纖延時(shí)線對激光相位調(diào)制信號進(jìn)行延時(shí)，并輸出延時(shí)的激光相位調(diào)制信號；
[0057]發(fā)射端光纖放大器接收激光相位調(diào)制信號和選通脈沖信號，并發(fā)射放大的激光相位調(diào)制信號；
[0058]接收端光纖放大器接收目標(biāo)回波信號，經(jīng)放大處理并發(fā)送放大的目標(biāo)回波信號；
[0059]激光相干探測解調(diào)器與接收端光纖放大器連接，接收放大的目標(biāo)回波信號和延時(shí)的激光相位調(diào)制信號，生成并輸出正交解調(diào)(IQ)回波信號；
[0060]A/D轉(zhuǎn)換器接收正交解調(diào)回波信號，生成正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)；
[0061]由數(shù)據(jù)記錄器記錄正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)；[0062]脈沖壓縮處理單元對記錄的正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離向傅里葉變換，獲得目標(biāo)的距離向脈沖壓縮信號。
[0063]圖5示出了激光雷達(dá)回波信號經(jīng)去調(diào)相接收后的脈沖壓縮結(jié)果示意圖，圖中紅色虛線為LFM連續(xù)相位調(diào)制信號回波和其參考信號經(jīng)過去調(diào)相接收后的距離向脈沖壓縮圖像，藍(lán)色實(shí)線為LFM16PSK相位調(diào)制信號回波和其參考信號經(jīng)過去調(diào)相接收后的距離向脈沖壓縮圖像。仿真參數(shù)為:雷達(dá)和場景目標(biāo)的距離為15m，LFM連續(xù)相位調(diào)制信號和LFM16PSK相位調(diào)制信號的脈寬為10 μ s,帶寬為3GHz，激光相位調(diào)制信號的延時(shí)為0，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率為500MHz。結(jié)果顯示，LFM連續(xù)相位調(diào)制信號脈沖壓縮性能良好jPLFM連續(xù)相位調(diào)制信號相比，LFM16PSK相位調(diào)制信號由于量化在脈沖壓縮后產(chǎn)生了新的副瓣，但其副瓣的分布區(qū)離場景目標(biāo)較遠(yuǎn)，且其電平較低，適用于對成像幅寬較小的使用場合。
[0064]步驟S5中所述相位誤差和相位誤差校正是在不同延時(shí)的情況下，估計(jì)出記錄的正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)中的強(qiáng)點(diǎn)回波信號(或者經(jīng)過耦合并延時(shí)的激光發(fā)射信號)和理想波形信號相比較存在的相位誤差，構(gòu)建不同延時(shí)的情況下的相位誤差補(bǔ)償函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，完成相位誤差校正，以保證回波信號的脈沖壓縮性能。
[0065]實(shí)施例2:圖6示出了本發(fā)明相干體制激光雷達(dá)相位誤差校正的去調(diào)相接收的具體實(shí)現(xiàn)示意圖，其主要包括:激光光源信號、調(diào)制信號、激光相位調(diào)制器、光纖延時(shí)線、發(fā)射端光纖放大器、耦合器、接收端光纖放大器、激光相干探測解調(diào)器、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)記錄器、相位誤差校正單元和脈沖壓縮處理單元，其中:
[0066]激光相位調(diào)制器接收調(diào)制信號和激光光源信號，生成并輸出激光相位調(diào)制信號；
[0067]光纖延時(shí)線對激光相位調(diào)制信號進(jìn)行延時(shí)，并輸出延時(shí)的激光相位調(diào)制信號；
[0068]發(fā)射端光纖放大器接收激光相位調(diào)制信號，并發(fā)射放大的激光相位調(diào)制信號；
[0069]稱合器/光纖延時(shí)線接收放大的激光相位調(diào)制信號，輸出稱合并延時(shí)的激光發(fā)射信號;
[0070]接收端光纖放大器接收目標(biāo)回波信號或者耦合并延時(shí)的激光發(fā)射信號，經(jīng)放大處理并發(fā)送放大的目標(biāo)回波信號；
[0071]激光相干探測解調(diào)器接收放大的目標(biāo)回波信號和延時(shí)的激光相位調(diào)制信號，生成并輸出正交解調(diào)回波信號；
[0072]A/D轉(zhuǎn)換器接收正交解調(diào)回波信號，生成正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)；
[0073]由數(shù)據(jù)記錄器記錄正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)；
[0074]相位誤差校正單元對記錄的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行相位誤差估計(jì)和相位誤差校正，得到相位誤差校正后的信號；
[0075]脈沖壓縮處理單元對相位誤差校正后的信號進(jìn)行距離向傅里葉變換，獲得目標(biāo)的距離向脈沖壓縮信號。
[0076]圖7a-圖7c中仿真參數(shù)為:雷達(dá)和場景目標(biāo)的距離為15m，LFM連續(xù)相位調(diào)制信號的脈寬為10 μ S，帶寬為3GHz，激光相位調(diào)制信號的延時(shí)為0，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率為500MHz。圖7a示出了所述仿真參數(shù)的、含正弦相位誤差的LFM連續(xù)相位調(diào)制信號回波(或者經(jīng)過耦合并延時(shí)的激光發(fā)射信號)經(jīng)去調(diào)相接收后的脈沖壓縮結(jié)果示意圖；圖713圖示出了根據(jù)理想波形信號在該延時(shí)下的去調(diào)相結(jié)果，估計(jì)出經(jīng)去調(diào)相接收后回波信號(或者經(jīng)過耦合并延時(shí)的激光發(fā)射信號)存在的相位誤差示意圖；圖7(:圖示出了用估計(jì)出的相位誤差構(gòu)造相位誤差補(bǔ)償函數(shù)對回波信號(或者經(jīng)過耦合并延時(shí)的激光發(fā)射信號)經(jīng)去調(diào)相接收后的信號進(jìn)行相位補(bǔ)償，再進(jìn)行脈沖壓縮的結(jié)果示意圖。結(jié)果顯示，和未經(jīng)過相位誤差校正的脈沖壓縮結(jié)果相比，經(jīng)過相位誤差校正后的脈沖壓縮性能得到很大的提高。
[0077]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其特征在于，包括步驟: 步驟S1:對相干體制激光雷達(dá)的線性調(diào)頻信號的相位進(jìn)行量化，得到激光雷達(dá)波形； 步驟S2:依據(jù)激光雷達(dá)波形，生成激光相位調(diào)制信號，一方面，將激光相位調(diào)制信號延時(shí)，得到延時(shí)的激光相位調(diào)制信號，另一方面，將激光相位調(diào)制信號進(jìn)行放大，并由相干體制激光雷達(dá)發(fā)射放大的激光相位調(diào)制信號； 步驟S3:將相干體制激光雷達(dá)接收的目標(biāo)回波信號與延時(shí)的激光相位調(diào)制信號進(jìn)行去調(diào)相處理，生成正交解調(diào)回波信號； 步驟S4:利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集正交解調(diào)回波信號，并由數(shù)據(jù)記錄器記錄正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)； 步驟S5:對記錄的正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行相位誤差估計(jì)和相位誤差校正，得到相位誤差校正后的回波信號； 步驟S6:對相位誤差校正后的回波信號進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到目標(biāo)的距離向脈沖壓縮信號。
2.如權(quán)利要求1所述的基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其特征在于，所述激光相位調(diào)制信號是由激光相位調(diào)制器接收激光信號和調(diào)制信號，生成并輸出激光相位調(diào)制信號。
3.如權(quán)利要求2所述的基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其特征在于，所述激光相位調(diào)制信號的一方面，當(dāng)激光相位調(diào)制器具有連續(xù)相位調(diào)制能力時(shí)，生成線性調(diào)頻信號相位的激光相位調(diào)制信號；所述激光相位調(diào)制信號的另一方面，當(dāng)激光相位調(diào)制器不具有連續(xù)相位調(diào)制能力時(shí)，生成線性調(diào)頻信號相位量化后的激光相位調(diào)制信號。
4.如權(quán)利要求3所述的基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其特征在于，所述量化包括二進(jìn)制、四進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制相移鍵控和更高進(jìn)制的相移鍵控。
5.如權(quán)利要求1所述的基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其特征在于，將所述激光相位調(diào)制信號放大并發(fā)射時(shí)，激光相位調(diào)制信號分為脈沖和周期相位調(diào)制的連續(xù)波兩種形式。
6.如權(quán)利要求5所述的基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其特征在于，所述周期相位調(diào)制的連續(xù)波形式，用于降低發(fā)射信號的峰值功率。
7.如權(quán)利要求1所述的基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其特征在于，所述去調(diào)相接收是將所述相干體制激光雷達(dá)接收的目標(biāo)回波信號和延時(shí)的激光相位調(diào)制信號進(jìn)行相干探測和正交解調(diào)，用以大幅度降低正交解調(diào)回波信號的帶寬。
8.如權(quán)利要求1所述的基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其特征在于，使用低采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求1所述的基于相干體制激光雷達(dá)波形的信號處理方法，其特征在于，所述相位誤差和相位誤差校正是在不同延時(shí)的情況下，估計(jì)出記錄的正交解調(diào)回波數(shù)據(jù)中的強(qiáng)點(diǎn)回波信號和理想波形信號相比較存在的相位誤差，構(gòu)建不同延時(shí)的情況下的相位誤差補(bǔ)償函數(shù)對相位誤差進(jìn)行補(bǔ)償，完成相位誤差校正，用以保證回波信號的脈沖壓縮性能。
【文檔編號】G01S7/483GK103760548SQ201410010466
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】李道京, 杜劍波, 馬萌 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所