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  • 基于FMCW技术的四维导航激光雷达

    作者:中国科学院空天信息研究院 王然 来源:投稿 时间:2019-05-24 23:33 阅读:703 [投稿]
    中国科学院空天信息研究院的科研人员采用伪随机频率调制技术,研制出基于相干探测体制的FMCW激光雷达。

    传统激光雷达采用脉冲飞行时间方式对目标精确测距,再利用2维扫面实现3维点云成像,该技术源于上世纪30-50年代雷达领域的“脉冲调制测距”技术。由于“脉冲调制测距”技术原理简单、探测方式单一,因此工作过程中受太阳背景光和外部其他激光光源干扰严重,不适于在复杂空天背景及有限空间内大规模使用。

    中国科学院空天信息研究院的科研人员采用伪随机频率调制技术,研制出基于相干探测体制的FMCW激光雷达。伪随机FMCW激光雷达采用连续波工作方式,集合先进的雷达信号处理手段,在实现三维点云成像的同时,容易获得运动目标与雷达间的相对运动速率(多普勒速度),从而实现四维成像。伪随机FMCW激光雷达相比传统激光雷达的主要优势是:

    1)利用伪随机FMCW技术,使激光雷达真正做大“一机一信道”。类似于蜂窝通讯方式,多人同时通话时信号不会相互干扰;

    2)系统内置了“强大”的本振激光,即使太阳直射激光雷达,环境光对雷达的干扰也小于0.01%;

    3)具有良好的多维度探测能力,伪随机FMCW激光雷达可以同时获得成像目标的三维点云信息和多普勒信息,更容易的实现目标识别;

    4)通过基于回波信号的脉冲压缩技术对激光回波数据进行处理,相比“脉冲测距”方式所需激光峰值功率更低,更容易满足人眼安全的使用要求;

    5)伪随机FMCW激光雷达采用全光纤化和模块化设计方案,激光雷达配置灵活,易于与载荷间相互集成。

    通过长时间的技术攻关,中国科学院空天信息研究院的科研人员突破了FMCW激光雷达中所面临的复杂关键技术,通过独特的FMCW激光调制、高信噪比脉冲压缩、激光散斑补偿技术的应用,获得了清晰的四维点云激光图像。所获得的成像成果如图1所示,下一步研究人员将致力于研制探测距离更远、成像能力能强的伪随机FMCW激光雷达,以满足不同领域的应用需求。


    (a)伪随机FMCW激光雷达

     

    (b)成像场景

     

    (c)三维点云图像

     

    (d)成像目标在地面中的倒影

     

    (e)人物的多普勒图像

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