一种基于偏振降噪的激光雷达及测距方法与流程

本发明涉及激光雷达测距，特别涉及一种基于偏振降噪的激光雷达及测距方法。

背景技术：

1、雷达在军事、民航、自动驾驶等领域具有非常重要的作用。激光雷达由于采用波长较短的激光作为信息载波，因而具有较高的分辨率，可用于对目标进行探测、跟踪和识别，以及进行测距、成像。

2、信噪比是激光雷达探测中非常重要的一个指标，能够直接影响系统的性能。对于日光背景噪声，只能通过滤波器进行滤波，在滤噪的同时真实信号会有一定的损失，因此在白天信噪比较低，难以正常工作。专利cn118011415b提出一种通过相位编码并将回波信号干涉后进行差分的方式，可以实现较好的降噪效果。然而，该方案需要使用2个激光器，并且在进行相位编解码时由于发射和接收干涉仪之间会存在缓慢的相位漂移，需要进行相位补偿，增加了系统的复杂度。专利cn118191861b采用同一个干涉仪进行编解码，可以消除相位漂移，但是仍需要2个激光器。另外，对于运动的目标，会由于多普勒效应而改变回波光子在干涉仪长短臂传输时的相位差，降低解码的准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种基于偏振降噪的激光雷达及测距方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种基于偏振降噪的激光雷达，包括激光器laser、起偏器pol、偏振调制模块、发射望远镜、接收望远镜、滤波片filter、偏振分束器pbs、第一探测模块d1、第二探测模块d2和主控模块，

4、所述激光器laser用于产生线偏振激光脉冲信号；

5、所述起偏器pol用于通过水平偏振的激光脉冲信号；

6、所述偏振调制模块，用于将激光脉冲信号随机调制为具有第一偏振态或第二偏振态的编码光信号；所述第一偏振态和第二偏振态相互正交；

7、所述发射望远镜用于将编码光信号扩束并向目标照射；

8、所述接收望远镜用于接收从目标反射的回波信号；

9、所述滤波片filter用于滤除回波信号中带通外的背景光噪声；

10、所述偏振分束器pbs用于将经过滤波后的回波信号进行偏振分束，产生第一偏振分量和第二偏振分量；

11、所述第一探测模块d1和第二探测模块d2分别用于对应地探测第一偏振分量和第二偏振分量的幅度，并输出差分电信号，以消除背景噪声信号；

12、所述主控模块用于控制偏振调制模块进行偏振编码得到编码序列，并采集差分电信号产生解码序列，以及将所述编码序列和解码序列进行相关运算，获取目标的距离信息。

13、优选地，所述第一偏振态和第二偏振态分别为水平偏振态和竖直偏振态。

14、优选地，所述偏振调制模块包括分束器bs、第一半波片hwp1、电光调制器eom、第二四分之一波片qwp2和反射镜m，

15、所述分束器bs用于使透过起偏器pol的水平偏振激光脉冲信号传输至第一半波片hwp1；以及用于将反向经过第一半波片hwp1的编码光信号传输至发射望远镜；

16、所述第一半波片hwp1的主轴方向与水平偏振方向的夹角为22.5°；

17、所述电光调制器eom用于调制经过第一半波片hwp1旋转偏振后的激光脉冲信号的水平偏振分量和竖直偏振分量之间的相位差为0 或π；

18、所述第二四分之一波片qwp2的主轴方向与水平偏振方向的夹角为45°；

19、所述第二四分之一波片qwp2和反射镜m用于将水平偏振和竖直偏振分别旋转90°。

20、优选地，所述偏振调制模块包括第二半波片hwp2、电光调制器eom、第三半波片hwp3，

21、所述第二半波片hwp2和第三半波片hwp3的主轴方向与水平偏振方向的夹角均为22.5°；

22、所述电光调制器eom用于调制经过第二半波片hwp2旋转偏振后的激光脉冲信号的水平偏振分量和竖直偏振分量之间的相位差为0 或π。

23、优选地，所述第一偏振态和第二偏振态分别为左旋圆偏振态和右旋圆偏振态；

24、所述滤波片filter与接收望远镜之间还设置有第一四分之一波片qwp1；

25、所述第一四分之一波片qwp1的主轴方向与水平偏振方向的夹角为45°。

26、优选地，所述偏振调制模块包含第四半波片hwp4和电光调制器eom，

27、所述第四半波片hwp4的主轴方向与水平偏振方向的夹角为22.5°；

28、所述电光调制器eom用于调制经过第四半波片hwp4旋转偏振后的激光脉冲信号水平偏振分量和竖直偏振分量之间的相位差为π/2或3π/2。

29、优选地，所述第一探测模块d1和第二探测模块d2均为单光子级平衡探测器。

30、本发明还公开了一种激光雷达测距方法，包括以下步骤：

31、s1：激光器laser发出激光脉冲信号，经过起偏器pol后，通过制备随机序列生成驱动信号控制偏振调制模块进行偏振编码，随机调制为具有第一偏振态或与其正交的第二偏振态的编码光信号，形成编码序列；

32、s2：经过编码的激光脉冲信号通过发射望远镜扩束后向目标照射，使用接收望远镜接收从目标反射的回波信号；

33、s3：回波信号经过滤波后进入偏振分束器pbs进行偏振解码，得到解码序列；

34、s4：将所述编码序列与解码序列进行移位互相关运算，根据互相关运算结果达到峰值对应的位置得到目标的距离信息。

35、与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

36、本发明提出一种基于偏振降噪的激光雷达及测距方法，使用偏振编解码序列进行测距，并通过高灵敏度的平衡探测器探测解码后的回波信号进行差分，可以大幅度降低回波信号中背景噪声，提高系统的信噪比。另外，目标运动的多普勒效应对解码无影响。

1.一种基于偏振降噪的激光雷达，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于偏振降噪的激光雷达，其特征在于，所述第一偏振态和第二偏振态分别为水平偏振态和竖直偏振态。

3.根据权利要求2所述的基于偏振降噪的激光雷达，其特征在于，所述偏振调制模块包括分束器bs、第一半波片hwp1、电光调制器eom、第二四分之一波片qwp2和反射镜m，

4.根据权利要求2所述的基于偏振降噪的激光雷达，其特征在于，所述偏振调制模块包括第二半波片hwp2、电光调制器eom、第三半波片hwp3，

5.根据权利要求1所述的基于偏振降噪的激光雷达，其特征在于，所述第一偏振态和第二偏振态分别为左旋圆偏振态和右旋圆偏振态；

6.根据权利要求5所述的基于偏振降噪的激光雷达，其特征在于，所述偏振调制模块包含第四半波片hwp4和电光调制器eom，

7.根据权利要求1所述的基于偏振降噪的激光雷达，其特征在于，所述第一探测模块d1和第二探测模块d2均为单光子级平衡探测器。

8.一种激光雷达测距方法，其特征在于，包括以下步骤：