涉及絕對距離測量，具體涉及基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距。

背景技術(shù)：

1、掃頻干涉測量是一種絕對距離測量方法，其具有無測距模糊、抗干擾能力強、測距精度高以及可用于非合作目標測量等優(yōu)點，現(xiàn)已逐漸成為一種測量空間目標三維距離信息的有效手段。該測距方法的研究內(nèi)容主要圍繞4個關(guān)鍵點，即掃頻非線性校正、大掃頻范圍、色散失配補償以及多普勒效應(yīng)抑制。

2、已有掃頻非線性校正方法主要包括基于光電鎖相環(huán)的主動校正法、光頻重采樣法兩類?；诠怆婃i相環(huán)的主動校正法存在光電鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)難度大，且目前無法實現(xiàn)全掃頻范圍校正的問題。而光頻重采樣法可采用結(jié)構(gòu)簡單的全光纖光路，實現(xiàn)對全掃頻范圍的掃頻非線性進行實時校正，可用于非合作目標測量。

3、為了提高測量分辨率，增加可調(diào)諧激光器的掃頻范圍是一個直接有效的手段。但當掃頻范圍或測量距離過大時，色散失配將導(dǎo)致目標頻譜發(fā)生展寬，導(dǎo)致測量分辨率下降。目前色散失配的解決措施有兩種，第一種是引入色散補償介質(zhì)，但該方法通常不能精準補償色散失配影響。另一種是通過算法對測量信號中存在的色散失配二階項進行迭代補償，因需要迭代運算，不利于快速測量。

4、由目標運動引入的多普勒效應(yīng)將導(dǎo)致掃頻干涉測量精度的惡化。為消除多普勒效應(yīng)的影響，第一種是通過測量由三角波調(diào)制光源生成的信號頻率差來消除多普勒效應(yīng)，該方法要求目標運動速度在一個完整的掃頻周期內(nèi)保持不變，對快速變化目標測量效果不佳。第二種是利用鏡像掃頻光源生成的信號來消除多普勒效應(yīng)，該方法需要將兩光源設(shè)置為不同掃頻速率或者采用正交偏振分光來實現(xiàn)兩信號的分離。其中將光源設(shè)置為不同掃頻速率將在測量信號中引入色散失配，而在正交偏振分光中，采用光纖偏振分束器(光纖pbs，消光比22db)將導(dǎo)致兩信號出現(xiàn)串擾，采用棱鏡pbs雖然可降低串擾影響，但會增大系統(tǒng)體積且增加調(diào)校難度。除此之外，上述鏡像掃頻方案的非線性校正過程存在效率較低的問題，難以實現(xiàn)快速測量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中，掃頻干涉測量工作中會出現(xiàn)頻譜混疊、掃頻非線性、多普勒效應(yīng)、色散失配和測量效率較低，無法保證全光纖鏡像掃頻干涉測距系統(tǒng)的測量精度和可靠性的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

2、基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置，所述裝置包括：

3、激光器單元，用于輸出掃頻光；

4、測量干涉儀光路，用于根據(jù)所述掃頻光生成測量信號；

5、輔助干涉儀光路，用于根據(jù)所述掃頻光生成輔助信號；

6、氣室標定光路，用于根據(jù)所述掃頻光進行輔助干涉儀光程的標定；

7、數(shù)據(jù)采集與處理模塊，用于根據(jù)所述測量信號、輔助信號和標定信號，得到測距結(jié)果。

8、進一步，提供一個優(yōu)選實施方式，所述測量干涉儀光路包括不等長的兩條光路，通過探測經(jīng)目標反射的測量光與經(jīng)光纖傳輸?shù)膮⒖脊獾母缮嫘畔ⅲ玫綔y量信號。

9、進一步，提供一個優(yōu)選實施方式，所述輔助干涉儀光路包括不等長的兩條光路，通過探測長光纖傳輸?shù)臏y量光與短光纖傳輸?shù)膮⒖脊獾母缮嫘畔ⅲ玫捷o助信號。

10、進一步，提供一個優(yōu)選實施方式，所述氣室標定光路與輔助干涉儀通過環(huán)形器實現(xiàn)部分光路共用，對所述輔助干涉儀光程進行標定。

11、進一步，提供一個優(yōu)選實施方式，所述測量干涉儀光路包括兩個用于輸出所述測量信號的平衡探測器，通過乘法器連接至所述數(shù)字采集與處理模塊。

12、進一步，提供一個優(yōu)選實施方式，所述輔助干涉儀光路包括兩個用于輸出所述輔助信號的平衡探測器，通過乘法器連接至所述數(shù)字采集與處理模塊。

13、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距方法，所述方法基于所述的裝置實現(xiàn)，包括：

14、采集測量信號、輔助信號和標定信號的步驟；生成參考信號，將所述參考信號與輔助信號進行混頻濾波得到處理后的輔助信號的步驟；對所述處理后的輔助信號進行混頻濾波和相位解調(diào)，得到校正干涉儀信號相位的步驟；對測量信號進行混頻，并利用所述校正干涉儀信號相位和標定信號得到測距結(jié)果的步驟。

15、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距方法，所述方法基于所述的裝置實現(xiàn)，包括：

16、采集測量信號、輔助信號和標定信號的步驟；生成參考信號，將所述參考信號與輔助信號進行混頻濾波和相位解調(diào)，得到校正干涉儀信號相位的步驟；根據(jù)測量信號，利用所述校正干涉儀信號相位和標定信號得到測距結(jié)果的步驟。

17、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計算機儲存介質(zhì)，用于儲存計算機程序，當所述計算機程序被計算機讀取時，實現(xiàn)所述的方法。

18、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計算機，包括處理器和儲存介質(zhì)，當所述儲存介質(zhì)中儲存的計算機程序被處理器讀取時，實現(xiàn)所述的方法。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益之處在于：

20、本發(fā)明提供的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置及方法，采用鏡像同步掃頻技術(shù)，利用兩束具有鏡像關(guān)系的掃頻光來進行測量。充分利用光源有效帶寬，解決多目標測量場景中頻譜混疊的問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，此方法能更有效地分離和分析多目標的測量信號，以實現(xiàn)對多個目標進行高精度距離測量。

21、本發(fā)明提供的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置及方法，使用波分復(fù)用器對兩束掃頻光進行合束和分離。有效提升雙波段隔離度，避免雙波段光的串擾。相比于正交偏振分光的方法，此方法結(jié)構(gòu)更簡單，串擾更少，提高了測量的可靠性和精度。

22、本發(fā)明提供的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置及方法，采用全光纖鏡像掃頻結(jié)構(gòu)。減小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，免疫目標多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的頻譜展寬與大掃頻范圍色散失配的不利影響。與傳統(tǒng)的自由空間光路相比，全光纖結(jié)構(gòu)更緊湊、更穩(wěn)定。

23、本發(fā)明提供的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置及方法，引入氣室標定光路，通過氣室吸收峰的絕對光頻與相位值進行標定。確保測量系統(tǒng)基準的穩(wěn)定可靠，提高了測量精度和系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。

24、本發(fā)明提供的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置及方法，使用兩種不同的采集結(jié)構(gòu)，利用計算機生成的雙參考頻率信號快速求解輔助干涉儀相位。可根據(jù)需求優(yōu)化多目標測量和數(shù)據(jù)通道數(shù)，提高系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。在信號處理部分，在提升測量效率的同時，確保對目標實現(xiàn)高精度測量。

25、本發(fā)明提供的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置及方法，在可靠性、系統(tǒng)復(fù)雜度和處理效率上均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，尤其在解決頻譜混疊、色散失配和多普勒效應(yīng)影響方面有顯著優(yōu)勢。

26、本發(fā)明提供的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置及方法，可以應(yīng)用于全光纖鏡像掃頻干涉測距的工作中。

技術(shù)特征：

1.基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置，其特征在于，所述裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置，其特征在于，所述測量干涉儀光路包括不等長的兩條光路，通過探測經(jīng)目標反射的測量光與經(jīng)光纖傳輸?shù)膮⒖脊獾母缮嫘畔?，得到測量信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置，其特征在于，所述輔助干涉儀光路包括不等長的兩條光路，通過探測經(jīng)長光纖傳輸?shù)臏y量光與經(jīng)短光纖傳輸?shù)膮⒖脊獾母缮嫘畔ⅲ玫捷o助信號。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置，其特征在于，所述氣室標定光路與輔助干涉儀光路通過環(huán)形器實現(xiàn)部分光路共用，對所述輔助干涉儀光程進行標定。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置，其特征在于，所述測量干涉儀光路包括兩個用于輸出所述測量信號的平衡探測器，通過乘法器連接至所述數(shù)字采集與處理模塊。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置，其特征在于，所述輔助干涉儀光路包括兩個用于輸出所述輔助信號的平衡探測器，通過乘法器連接至所述數(shù)字采集與處理模塊。

7.基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距方法，其特征在于，所述方法基于權(quán)利要求1所述的裝置實現(xiàn)，包括：

8.基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距方法，其特征在于，所述方法基于權(quán)利要求5所述的裝置實現(xiàn)，包括：

9.計算機儲存介質(zhì)，用于儲存計算機程序，其特征在于，當所述計算機程序被計算機讀取時，實現(xiàn)權(quán)利要求7或8所述的方法。

10.計算機，包括處理器和儲存介質(zhì)，其特征在于，當所述儲存介質(zhì)中儲存的計算機程序被處理器讀取時，實現(xiàn)權(quán)利要求7或8所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置及方法，涉及絕對距離測量技術(shù)領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有技術(shù)中，掃頻干涉測量工作中會出現(xiàn)頻譜混疊、掃頻非線性、多普勒效應(yīng)和色散失配，無法保證全光纖鏡像掃頻干涉測距系統(tǒng)的測量精度、測量效率和可靠性的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：基于波分復(fù)用的全光纖鏡像掃頻干涉測距裝置，裝置包括：激光器單元，用于輸出掃頻光；測量干涉儀光路，用于根據(jù)掃頻光生成測量信號；輔助干涉儀光路，用于根據(jù)掃頻光生成輔助信號；氣室標定光路，用于根據(jù)掃頻光進行輔助干涉儀光程標定；數(shù)據(jù)采集與處理模塊，用于根據(jù)測量信號、輔助信號和標定信號，得到測距結(jié)果。以應(yīng)用于全光纖鏡像掃頻干涉測距的工作中。

技術(shù)研發(fā)人員：甘雨,段長昊,劉國棟
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19