本發(fā)明涉及一種激光雷達系統(tǒng)，特別涉及一種基于激光微多普勒效應跟蹤識別低小慢目標的激光雷達系統(tǒng)，屬于激光雷達探測領域。
背景技術：
近年來隨著技術的發(fā)展，以無人機為代表的低小慢目標越來越多的投入到軍事和民事應用當中，而對該類目標進行跟蹤和識別也成為當前國防安全和信息保密等領域急需解決的問題。結(jié)合微多普勒對目標進行識別是微波雷達領域常用的一種手段，可以有效的區(qū)分出人造目標與自然目標。
然而這種方法在實現(xiàn)對低小慢目標的探測過程中，會受到來自地面建筑和其他障礙物的地波干擾，無法有效的跟蹤和識別該類目標。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有微多普勒微波雷達受到地面雜波的嚴重干擾，無法對低空飛行的低小慢飛行目標進行有效的探測識別的問題，本發(fā)明提供一種基于激光微多普勒效應跟蹤識別低小慢目標的激光雷達系統(tǒng)。
本發(fā)明的基于激光微多普勒效應跟蹤識別低小慢目標的激光雷達系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括激光光源模塊、頻移調(diào)制模塊和外差探測模塊；
激光光源模塊輸出較強的信號光和較弱的本振光，所述信號光經(jīng)頻移調(diào)制模塊進行頻移，頻移后的信號光輸入至外差探測模塊；
外差探測模塊，用于將頻移后的信號光對目標區(qū)域進行掃描，獲得目標回波；將目標回波與本振光進行合束，對合束后的光進行探測，采集中頻信號，對獲取的中頻信號進行處理，獲取含有目標運動和微動信息的信號頻譜分布，判斷目標是否為低小慢目標，若是，獲取目標速度和目標距離；根據(jù)獲得的目標速度和目標距離，對目標進行跟蹤。
優(yōu)選的是，所述頻移調(diào)制模塊包括聲光頻移器和驅(qū)動器；
信號光輸入至聲光頻移器，經(jīng)聲光頻移器實現(xiàn)一個光頻的移動，輸出至外差探測模塊；
驅(qū)動器用于驅(qū)動聲光頻移器。
優(yōu)選的是，外差探測模塊包括1號環(huán)形器、準直器、掃描器、2號環(huán)形器、布拉格光柵和2號耦合器、平衡探測器和處理系統(tǒng)；
頻移后的信號光輸入至1號環(huán)形器的1號口，再從1號環(huán)形器的2號口輸出至準直器，準直器將頻移后的信號光耦合進入自由空間，再經(jīng)掃描器掃描至目標；
目標回波返回至1號環(huán)形器的2號口，再從1號環(huán)形器的3號口輸出至2號環(huán)形器的1號口，目標回波從2號環(huán)形器的2號口輸出進入布拉格光柵，經(jīng)布拉格光柵后返回至2號環(huán)形器的2號口，目標回波從2號環(huán)形器的3號口輸出至2號耦合器；
本振光與目標回波經(jīng)2號耦合器合束后分成相等的兩束，輸出給平衡探測器；
平衡探測器將探測到的信號輸入至處理系統(tǒng)；
處理系統(tǒng)根據(jù)探測到的信號，獲取含有目標運動和微動信息的信號頻譜分布，判斷目標是否為低小慢目標，若是，獲取目標速度和目標距離；根據(jù)獲得的目標速度和目標距離，對目標進行跟蹤。
優(yōu)選的是，所述系統(tǒng)還包括光隔離器，所述光隔離器設置在頻移調(diào)制模塊和外差探測模塊之間，頻移后的信號光經(jīng)光隔離器輸入至外差探測模塊。
優(yōu)選的是，所述激光光源模塊包括連續(xù)激光器和1號耦合器；
連續(xù)激光器輸出的激光輸入至1號耦合器后，1號耦合器進行分束，輸出兩路光，一路為較強的信號光，另一路為較弱的本振光。
優(yōu)選的是，所述系統(tǒng)采用全光纖的光路。
上述技術特征可以各種適合的方式組合或由等效的技術特征來替代，只要能夠達到本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明基于激光多普勒和激光微多普勒原理，將激光測速系統(tǒng)應用到以無人機為代表的低小慢飛行目標的跟蹤識別上，能夠同時得到微多普勒信息、目標的距離和速度，具有結(jié)構緊湊和功能多樣的特點。本發(fā)明的激光雷達系統(tǒng)能夠有效的濾除地表雜波干擾，且具有多普勒靈敏度高的優(yōu)勢，具有測量精度高，識別率高，動態(tài)范圍大，應用范圍廣泛的特點。同時，由于本發(fā)明系統(tǒng)采用了全光纖的光路系統(tǒng)，具有結(jié)構緊湊、穩(wěn)定性高和靈活性強的特點。
附圖說明
圖1為本發(fā)明具體實施方式的原理結(jié)構示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
本實施方式所述的基于激光微多普勒效應跟蹤識別低小慢目標的激光雷達系統(tǒng)，包括激光光源模塊、激頻移調(diào)制模塊和外差探測模塊；
激光光源模塊輸出較強的信號光和較弱的本振光，所述信號光經(jīng)激頻移調(diào)制模塊進行頻移，頻移后的信號光輸入至外差探測模塊；
外差探測模塊，用于將頻移后的信號光對目標區(qū)域進行掃描，獲得目標回波；將目標回波與本振光進行合束，對合束后的光進行探測，采集中頻信號，對獲取的中頻信號進行處理，獲取含有目標運動和微動信息的信號頻譜分布，判斷目標是否為低小慢目標，若是獲取目標速度和目標距離；根據(jù)獲得的目標速度和目標距離，對目標進行跟蹤。
結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式具體包括光纖連續(xù)激光器1、1號耦合器2、驅(qū)動器3、光纖聲光頻移器4、光隔離器5、1號環(huán)形器6、準直器7、掃描器8、2號環(huán)形器9、光纖布拉格光柵10和2號耦合器11、平衡探測器12和處理系統(tǒng)；
光纖連續(xù)激光器1輸出的單頻窄線寬激光連續(xù)信號輸入至1號耦合器2后，1號耦合器2進行分束，輸出兩路光，一路為較強的信號光，另一路為較弱的本振光；
信號光輸入至光纖聲光頻移器4，經(jīng)光纖聲光頻移器4實現(xiàn)一個光頻的移動，目的在于能夠同時測量正負兩個方向的徑向速度，頻移后的信號光輸入至光隔離器5，通過給驅(qū)動器3施加恒定的驅(qū)動電壓，驅(qū)動器3輸出頻率穩(wěn)定的正弦信號，使其驅(qū)動的光纖聲光頻移器4將信號光進行頻移處理，頻移量與驅(qū)動器輸出的正弦信號頻率一致；
用于驅(qū)動聲光頻移器4；
光隔離器5用于隔離反向回波，防止對光纖連續(xù)激光器1和光學器件造成損傷；
光隔離器5輸出的光入射至1號環(huán)形器6，1號環(huán)形器6的1號口，再從1號環(huán)形器6的2號口輸出至準直器7，準直器7將頻移后的信號光耦合進入自由空間，再經(jīng)高速高精度掃描器8掃描至目標；由于光路具有可逆性，目標回波經(jīng)過原光路返回被掃描器反射到光線準直器和1號環(huán)形器6的2號口，經(jīng)過1號環(huán)形器6后與1號環(huán)形器6的2號口輸出的光分離，從1號環(huán)形器6的3號口輸出至2號環(huán)形器9的1號口，目標回波從2號環(huán)形器9的2號口輸出進入光纖布拉格光柵10，經(jīng)光纖布拉格光柵10進行窄帶濾波濾除背景雜波后返回至2號環(huán)形器9的2號口，目標回波從2號環(huán)形器9的3號口輸出至2號耦合器11；
本振光與目標回波經(jīng)2號耦合器11合束后分成相等的兩束，輸出給平衡探測器12；
平衡探測器12檢測外差中頻信號并提高信噪比；模數(shù)轉(zhuǎn)換器13對平衡探測器12輸出的中頻電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入至處理系統(tǒng)；
本實施方式的處理系統(tǒng)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理模塊；
模數(shù)轉(zhuǎn)換器將探測到的數(shù)據(jù)從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即：目標的微多普勒像，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)目標的微多普勒像來識別目標是否為低小慢人工飛行器，并獲得目標的距離和速度，并將識別的判斷結(jié)果輸出給同步控制器，同步控制器通過識別結(jié)果，結(jié)合探測得到的目標速度和距離信息控制掃描器8對目標進行跟蹤。
根據(jù)激光多普勒原理，目標的運動速度v與多普勒頻移fd滿足如下關系：
其中λ是激光波長，θ是目標運動速度與激光傳播方向(徑向)的夾角。從公式能夠看出，目標的多普勒運動對應的微多普勒頻移與激光波長成反比，因此本實施方式可以有效的增加目標多普勒探測精度，進而提高目標的識別效率。
本實施方式的光纖連續(xù)激光器1輸出線寬窄，頻率穩(wěn)定性高；
1號光環(huán)形器6使激光信號只能按照1號口到2號口,2號口到3號口的方向進行單向傳導，防止收發(fā)合制的掃描器接收到的目標回波信號受到發(fā)射信號光的干擾。
2號環(huán)形器9使激光信號只能按照1號口到2號口,2號口到3號口的方向進行單向傳導，將目標回波耦合進入光纖布拉格光柵10，再將光纖布拉格光柵10反射的信號單方向?qū)氲?號耦合器11；
本實施方式中的光纖均為單模保偏光纖，保證信號光與本振光的偏振方向相同，提高外差效率，進而提高系統(tǒng)的探測性能。
雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本發(fā)明，但是應該理解的是，這些實施例僅僅是本發(fā)明的原理和應用的示例。因此應該理解的是，可以對示例性的實施例進行許多修改，并且可以設計出其他的布置，只要不偏離所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應該理解的是，可以通過不同于原始權利要求所描述的方式來結(jié)合不同的從屬權利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨實施例所描述的特征可以使用在其他所述實施例中。