本发明涉及激光雷达，尤其涉及一种多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统。
背景技术：
1、在传统的激光雷达（lidar）测距技术中，主要存在三种测距方法：三角测距、飞行时间（tof）测距以及频率调制连续波（fmcw）法，然而这些方法各自面临着一些挑战和限制。主要存在的问题为：
2、（1）三角测距法涉及由激光发射器射出激光，当激光遇到目标物体后反射，并通过接收透镜被cmos（一种图像传感器）捕捉。通过分析cmos上捕捉到的点的位置信息，可以计算得到目标物体与激光发射器之间的距离。然而，当目标距离较远时，反射在cmos上的点会变得很小，这要求cmos具备高探测精度。此外，随着距离的增加，捕捉点位置的变化不再明显，导致测量精度降低，限制了测量范围。因此，这种原理主要适用于近距离的目标测量。
3、（2）飞行时间（tof）测距法分为直接飞行时间（dtof）和间接飞行时间（itof）。直接飞行时间测距依赖于光速原理，通过记录激光脉冲的发射和接收时间差来计算距离。而间接飞行时间测距则通过比较发射光波和接收光波的相位差来间接测量飞行时间。尽管飞行时间测距不受距离范围的限制且精度较高，但成本相对较高，且需要高质量的脉冲光源以保持信号不失真。直接飞行时间测距对计时器的精度要求很高，而间接飞行时间测距的抗干扰能力较弱，远距离探测时可能出现信号噪声比下降和相位模糊的问题。
4、（3）fmcw（调频连续波）法是一种激光相干探测技术，通过线性调制使激光发射器发出频率变化的连续波信号。反射回的信号与本振信号之间存在固定的频率差，这个频率差可以通过混频或相干拍频获得，从而计算出目标与激光发射器之间的距离。不过，fmcw对激光的相干性要求非常高，需要使用具有窄线宽和高频率调制带宽的激光器，这增加了技术难度和成本。
5、为了解决这些挑战，现有的技术中提出了相位调制连续波（phmcw）测距方法。phmcw系统通常包括一台激光发射器和一台光电探测器，能够在单一角度进行精确距离测量。然而，要实现3d成像，需要在不同的角度进行扫描和逐点测距。由于每个方向的测距需要一定时间（例如10μs），一个完整的3d点云图像可能需要测量数万个方向，导致成像时间远超实时3d成像的标准（50ms/帧或20帧/秒）。一种可能的解决方案是复制多套phmcw系统，每套负责一个特定角度的测量，这样可以同时对多个方向进行测距，从而提高成像速度。但这会增加系统的复杂性、体积、成本、重量和功耗，因为需要多个激光器和探测器。
6、尽管phmcw能够提供准确的测距结果，其在点云成像中由于帧频低和成像速度慢而受到限制。因此，开发能够同时在多个方向进行探测的方法变得尤为迫切，以期提高成像速度和效率。
技术实现思路
1、本发明为解决上述问题，提供一种多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统。
2、本发明第一目的在于提供一种多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统，包括激光发射器、相位调制器、信号发生器、分束器、光环行器、声光调制单元、光纤耦合器、光电探测器、滤波单元和数字信号处理单元；
3、所述激光发射器，用于发射激光光束；
4、所述相位调制器，用于对所述激光光束进行相位调制，使激光信号的相位按规律变化；
5、所述信号发生器，用于控制所述相位调制器产生相位调制信号和输出预设相位；
6、所述分束器，用于将经所述相位调制器调制后的光束分为本振光束和探测光束；
7、所述光环行器，用于将探测光束传输到声光调制单元，并接收从待测距目标反射的回波光束，将回波光束输出至所述光纤耦合器；
8、所述声光调制单元包括分束器、声光调制器、光纤阵列、准直器；从所述光环行器出射的探测光束经分束器分成n路光波信号，再经n个并列的声光调制器调制，并将经调制的光束输入至光纤阵列；从光纤阵列输出的光束输入至准直器，经准直器准直后入射至待测距目标后被反射成为所述回波光束，再返回至所述光环行器；
9、所述光纤耦合器，用于将所述本振光束与所述回波光束进行混频，得到中频信号；
10、所述光电探测器，用于将所述中频信号转换为电信号并输入至所述滤波单元；
11、所述滤波单元包括n路独立的滤波器，用于过滤特定频段波信号以及屏蔽其他频段波信号；
12、所述数字信号处理单元，用于对通过所述滤波单元的保留频段波信号进行数据处理与分析，计算得到所述多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统与待测距目标之间的距离信息。
13、优选的，滤波器为带通滤波器或低通滤波器。
14、优选的，n个并列的声光调制器有不同的特定的频率输出。
15、优选的，n个并列的声光调制器将经分束器分束的各路光束进行调制，分别产生频移为、2、3、……、n的光波信号。
16、优选的，产生频移的光波信号的光场表达式为：
17、；
18、式中，为第n个角度的发射光波的电场振幅，为光角频率，为声光调制器产生特定的频率输出，t为时间，为第n个角度的发射光波的相位。
19、优选的，本振光束和所述回波光束分别产生本振信号lo和回波信号r；
20、所述本振信号lo的光场表达式为：
21、；
22、所述回波信号r的光场表达式为：
23、；
24、式中，为初始振幅，为初始频率，为本振光波的相位，为第n个角度的回波光波的电场振幅，n为声光调制器产生特定的频率输出，t为光波信号的传输时间，为第n个角度的光波的时间间隔（也称为飞行时间），为第n个角度的发射光波的相位，为第n个角度的发射光波的相位当存在时间间隔时随时间的变化，n为第n个角度的发射光波。
25、优选的，中频信号的光场表达式为：
26、if=；
27、式中，为第n个中频信号的振幅，n为声光调制器产生特定的频率输出，为第n个角度的发射光波的相位当存在时间间隔时随时间的变化，为本振光波的相位。
28、优选的，分束器为分束镜、硅光芯片或90:10的光纤分束器中任意一种；所述相位调制器为铌酸锂电光相位调制器或硅波导的热光相位调制器。
29、本发明第二目的在于提供一种多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距方法，采用多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统进行测量，包括如下步骤：
30、s1.激光发射器发射激光光束，相位调制器对所述激光光束进行相位调制，使激光信号的相位按规律变化；
31、s2.经所述相位调制器调制的激光光束入射至分束器，分为本振光束和探测光束；
32、s3.所述探测光束经过光环行器的端口一传输至下一个分束器进行分束；
33、s4.所述光波信号从所述光环行器的端口二输出并被分束器分束后，经过声光调制器进行调制产生不同频移的光束，经光纤阵列传播和准直器准直后入射至待测距目标并被反射成为回波光束，再从所述光环行器的端口二输入；
34、s5.所述回波光束从所述光环行器的端口三输出，并与所述本振光束在光纤耦合器进行混频，得到中频信号；
35、s6.通过光电探测器将所述中频信号转换为电信号，并输入至所述滤波单元；
36、s7.通过所述滤波单元中n路独立的滤波器过滤特定频段波信号以及屏蔽其他频段波信号，保留频段波信号传输至数字信号处理单元；
37、s8.所述数字信号处理单元对所述保留频段波信号进行数据处理与分析，计算获得时间间隔；再求解得到各方向上待测距目标物体与所述多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统的距离dn；求解公式如下：
38、；
39、式中，为时间间隔，c为光速。
40、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
41、本发明提出的多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统只用一台激光器和一台探测器，可进行多角度同时（并行）测量，只增加了一个分束器，多个声光调制器，光纤阵列和数字信号处理单元，在不显著增加系统的体积、成本、重量、功耗前提下实现并行探测，使得系统更简洁，易操作，也不会增加太多的成本，有利于更广泛的应用。在phmcw基础上，提出的并行探测的方案，提高了帧频（或者叫探测速度），克服了现有技术中测n个点需要测n次、探测速度慢的技术缺陷，通过本发明可以实现1次就测量n个点的有益效果。
1.多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统，其特征在于：包括激光发射器、相位调制器、信号发生器、分束器、光环行器、声光调制单元、光纤耦合器、光电探测器、滤波单元和数字信号处理单元；
2.根据权利要求1所述的多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统，其特征在于：所述滤波器为带通滤波器或低通滤波器。
3.根据权利要求2所述的多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统，其特征在于：n个并列的声光调制器有不同的特定的频率输出。
4.根据权利要求3所述的多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统，其特征在于：n个并列的声光调制器将经分束器分束的各路光束进行调制，分别产生频移为、2、3、……、n的光波信号。
5.根据权利要求4所述的多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统，其特征在于：产生频移的光波信号的光场表达式为：
6.根据权利要求5所述的多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统，其特征在于：所述本振光束和所述回波光束分别产生本振信号lo和回波信号r；
7.根据权利要求6所述的多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统，其特征在于：所述中频信号的光场表达式为：
8.根据权利要求7所述的多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统，其特征在于：所述分束器为分束镜、硅光芯片或90:10的光纤分束器中任意一种；所述相位调制器为铌酸锂电光相位调制器或硅波导的热光相位调制器。
9.一种多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距方法，采用权利要求1-8任意一项所述的多方向并行调解的相位调制连续波激光雷达测距系统进行测量，其特征在于，包括如下步骤：
