[发明专利]基于低频段恒指数谱混沌信号源的激光测距系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明提出了一类基于低频段恒指数谱混沌信号源的激光测距系统及其实现方法，给出了激光测距系统的原理框图和相应的组织结构图。本发明产品借助于恒指数谱混沌系统的幅度与相位调控特性，构建了两个距离检测通道，实现相互验证，并可以通过数学平均，提高测距的精度。本系统结构简单，电路制作成本低。

本产品属于通信电子产品，可广泛应用于通信系统与检测系统中，属通信与检测系统应用领域。可以用于空间体尺寸的检测，比如长度、面积、体积测量设备中，也可以与其它光电设备配合使用，用于测量、物品检测与鉴别以及物联网等智能应用系统中。

背景技术

激光测距仪是用激光为工作媒质来工作的。激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示：D＝ct/2

式中：D——测站点A、B两点间距离

c——光在大气中传播的速度

t——光往返A、B一次所需的时间

由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。

脉冲法测距原理为：测距仪发射一束激光，这束激光遇到被测物体反射，反射后的激光被测距仪接收。测距仪通过记录激光往返的时间来获得距离信息。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度较低，通常达到米。

相位式激光测距原理为：用连续调制的激光波束照射被测目标，根据测量光束往返中造成的相位延迟，计算得到被测目标的距离。这种方法采用间接方法测定出光经往返测量所需的时间。连续波相位式激光测距体积小、重量轻，功耗低，采用数字测相技术，距离测量精度达毫米级。相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。有时为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪配置了被称为合作目标的反射镜。

要用激光作为传递信息的工具，通常要解决如何将传输信号加到激光上去的问题，信息加载于激光辐射的过程称为激光调制，把完成这一过程的装置称为激光调制器。由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程则称为解调。激光起到了″携带″低频信号的作用，是一种载波，起控制作用的低频信号，称为调制信号，被调制的载波称为已调波或调制光。激光调制与无线电波调制相类似，可以采用连续的调幅，调频，调相以及脉冲调制等形式。因为光接收器一般都是直接地响应其所接受的光强度变化，故激光调制多采用强度调制。强度调制是根据光载波电场振幅的平方比例于调制信号，使输出的激光辐射的强度按照调制信号的规律变化。激光调制方法有机械调制，电光调制，声光调制，磁光调制和电源调制等，其中电光调制器开关速度快，结构简单，故在激光调制技术及混合型光学双稳器件方面有广泛应用。电光调制根据所施加的电场方向的不同，可分为纵向电光调制和横向电光调制。

利用混沌信号的相关特性进行测量是一种很重要的遥感技术。混沌信号的宽带、无周期类随机性、无模糊自关联性使其具有广阔的应用前景。混沌激光测距系统利用混沌激光的类噪声特性，独特的自相关特性，实现了具有强抗干扰能力、高分辨率的测量，其中混沌激光波形的状态决定了其自相关曲线的半峰全宽和旁瓣水平，因此测距性能，如分辨率、抗噪声能力、测量范围等，与所用的混沌激光状态密切相关。目前有多种混沌激光的产生方法，根据应用领域的不同，混沌激光的产生装置也不尽相同，但都是在满足实验需要的情况下利用尽可能简单的装置产生宽带的混沌，引入外部混沌信号源输出混沌信号调制半导体激光器产生混沌激光信号便是其中的一种方法。

本发明以低频段恒指数谱混沌信号源作为测量用的连续波，利用混沌信号的宽频谱特性和相关特性，得到被测目标的距离信息。同时，利用恒指数谱混沌信号源的幅度可控特性，调节相关度的值；利用倒相特性以构建基于反相信号的求和检测通道，从而得到另一个距离信息。两个链路的距离信息在原理上完全一致的，据此也可以判断两个链路的工作质量，同时通过平均，提高距离测量的精度。

发明内容

本发明以恒指数谱混沌信号源(包括基本李氏恒Lyapunov指数谱系统、改进系统，推广系统，双绝对值系统以及它们的复合系统和其他恒Lyapunov指数谱锁定后的系统)作为连续混沌波发生单元，利用不同距离门的原相位信号与测试链路所返回的混沌信号进行相关运算，分析得到目标的距离信息；同时，利用经过不同距离门的倒相信号与测试链路所返回的混沌信号进行求和运算，同样分析得到目标的距离信息。综合两个链路的测量结果信息，平均得到系统的距离量。