本发明涉及相干激光雷达，具体涉及双激光器相干拍频的相干激光雷达探测方法与系统。
背景技术：
1、随着激光探测技术的发展，其在航空航天、军事国防和民用方面等领域都有应用。其中随着无人驾驶技术、机载雷达、星间通信等技术的发展，激光雷达作为其中重要的传感器和测量单元，具有不可取代的重要地位。目前，激光雷达探测方法主要采用直接探测和相干探测技术。其中直接探测包括脉冲法探测、相位幅度调制法等，而相干探测技术包括伪随机码调制法、调频连续波(fmcw)探测法等方法。脉冲法是通过测量激光脉冲的飞行时间(tof)来进行距离的测量，该方法适用于较远距离但精度较低，并且其所需要的激光能量较高，体积庞大，抗干扰能力差。相位幅度调制法对激光光强进行调制，通过对比回波信号与发射信号的相位差测距，其在近距离有较高的测量精度，但是不适用于远距离。而相干探测技术具有探测灵敏度高、探测精度高、抗干扰能力强等特点。伪随机码调制法通过对激光按照伪随机码序列对相位进行调制，通过回波信号和本振信号的相干混频并累积使低信噪比条件下也能具有高灵敏度进行测量，对比相位移位信息得到距离信息。调频连续波法通过扫频电信号对发射信号进行频率调制，测量回波信号与本振信号的频率差，进而达到距离与速度的测量，这种方法在远距离测量中依然具有较好的精度，且在弱回波信号情况下，仍具有较高的灵敏度。但是传统的相干激光雷达探测的本振信号与发射信号采用同源的激光器光源，其相干拍频后的频率为零频，此时探测系统为零频探测。为避免测量中出现负频率，通过在系统中加入移频器将零频移至高频频率，移频器无法随意更改频率，灵活性差，无法适用于各种测量频率要求。此外，在探测高速运动的目标时，对应的多普勒频移量可达到ghz量级，此时需要探测量级更高的探测器和采集硬件。
技术实现思路
1、针对现有的相干激光雷达技术中存在的拍频频率固定，移频灵活性差等问题，提出一种基于双激光器相干拍频的相干激光雷达探测方法与系统，通过两个温度可调谐的小型全光纤耦合非平面环形腔固体激光器输出频率相近的频率信号，分别作为测量模块和监控模块的本振光和信号光，对测量系统采集的测量拍频电压信号和监控拍频电压信号进行频率分析，通过监控信号对测量信号进行相位补偿，测量出多普勒频移量，进而得到速度信息，实现远距离弱信号的探测。该测量方法能够实现拍频信号频率的调谐，通过监控信号对测量信号进行相位补偿，实现远距离弱信号的探测，以及目标速度扫描和目标跟踪。
2、本发明通过如下技术方案实现：
3、一种基于双激光器相干拍频的相干激光雷达探测系统，其特点在于，包括温度可调谐的第一全光纤耦合非平面环形腔固体激光器和第二全光纤耦合非平面环形腔固体激光器、第一1分2光纤分束器、第二1分2光纤分束器、环形器、准直透镜、第一2×2光纤耦合器、第二2×2光纤耦合器、第一平衡探测器和第二平衡探测器；
4、所述第一全光纤耦合非平面环形腔固体激光器输出频率f1的激光光源，通过第一1分2光纤分束器进行分束，一路作为发射信号，输入环形器，并通过准直透镜发射信号，另一路作为第一参考信号输入至第二2×2光纤耦合器；回波信号依次经准直透镜和环形器输入至第一2×2光纤耦合器。
5、所述第二全光纤耦合非平面环形腔固体激光器输出频率f2的激光光源，通过第二1分2光纤分束器进行分束，一路作为本振信号，经第一2×2光纤耦合器与所述回波信号相干混频得到第一拍频信号，输入至所述第一平衡探测器，转变为电信号，由示波器采集得到拍频电压信号；另一路作为第二参考信号经第二2×2光纤耦合器与所述第一参考信号相干混频得到第二拍频信号，输入至第二平衡探测器，得到监控拍频电压信号。
6、所述的一种基于双激光器相干拍频的相干激光雷达探测系统，其特征在于，双激光器光源信号输入模块由第一全光纤耦合非平面环形腔固体激光器和第二全光纤耦合非平面环形腔固体激光器构成，频率可调谐激光器输出频率可由温度控制单元进行控制。
7、另一方面，本发明还提供一种基于双激光器相干拍频的相干激光雷达探测速度方法，具体包括如下步骤：
8、步骤一：第一全光纤耦合非平面环形腔固体激光器输出频率f1的激光光源e1，分束为发射信号e1和第一参考信号e1，发射信号经过环形器和准直透镜发射，并接收带有目标的多普勒频移量fd的回波信号ed，此时回波信号的频率为|f1+fd|；
9、步骤二：第二全光纤耦合非平面环形腔固体激光器输出频率f2的激光光源e2，分束为本振信号e2与第二参考信号e2，本振信号与回波信号经第一2×2光纤耦合器中进行相干混频，得到带有多普勒移频量的拍频信号，此时频率为|f1-f2+fd|，经过第一平衡探测器光信号转变为电信号，通过示波器采集测量拍频电压信号，经过对测量拍频电压信号快速傅里叶变换后进行频谱分析可以得到拍频信号频率|f1-f2+fd|；
10、步骤三：第一全光纤耦合非平面环形腔固体激光器输出频率f1的第一参考信号e1与第二全光纤耦合非平面环形腔固体激光器输出频率f2的第二参考信号e2经第二2×2光纤耦合器中进行相干混频，得到频率|f1-f2|的监控拍频信号，经过第二平衡探测器光信号转变为电信号，通过示波器采集监控拍频电压信号，经过对监控拍频电压信号快速傅里叶变换后进行频谱分析得到拍频信号频率|f1-f2|；
11、步骤四：通过公式可以计算得到待测目标的速度v
12、
13、其中fd为多普勒频移，由测量拍频信号频率与监控拍频信号频率的频率差值计算得到，λ为激光器的波长。
14、根据权利要求3所述的基于双激光器相干拍频的相干激光雷达探测方法，其特征在于，f1≈f2，其差值在示波器带宽范围内。
15、与现有技术相比，本发明的优点如下：
16、1.对不同目标测量情况下，能够实现激光器输出频率的调谐，可以通过温度控制，可以调节拍频信号的频率，实现大带宽的频率跟踪与探测，具有很高的灵活性。
17、2.系统中通过本地激光器的频率监控，能够实时反馈记录激光源的频率状态，进而实现补偿获取高精度测距测速。
18、3.相较于传统激光雷达只能探测一次目标，本发明可以通过激光器进行扫频，对速度目标进行追踪，实现锁定目标后实时的速度与距离测量，进而降低探测器和采集的硬件采样需求。
19、4.经过双激光器的相干探测，突破传统相干长度的需求，可以实现超长度探测，通过本地激光源测量补偿相位，恢复相干性，实现远距离弱目标的探测。
1.一种基于双激光器相干拍频的相干激光雷达探测系统，其特征在于，包括温度可调谐的第一全光纤耦合非平面环形腔固体激光器(1)和第二全光纤耦合非平面环形腔固体激光器(2)、第一1分2光纤分束器(3)、第二1分2光纤分束器(4)、环形器(5)、准直透镜(6)、第一2×2光纤耦合器(7)、第二2×2光纤耦合器(8)、第一平衡探测器(9)和第二平衡探测器(10)；
2.根据权利要求1所述的一种基于双激光器相干拍频的相干激光雷达探测系统，其特征在于，双激光器光源信号输入模块由第一全光纤耦合非平面环形腔固体激光器(1)和第二全光纤耦合非平面环形腔固体激光器(2)构成，频率可调谐激光器输出频率可由温度控制单元进行控制。
3.一种基于双激光器相干拍频的相干激光雷达探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于双激光器相干拍频的相干激光雷达探测方法，其特征在于，f1≈f2，其差值在示波器带宽范围内。
