[发明专利]基于微波光子学的飞秒测距激光雷达数据测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于飞秒光学检测、微波信号处理技术领域，尤其是一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量装置及方法。

背景技术

基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达的信号，是一个时域上的干涉条纹，属于微波脉冲。在现有方案中，通常是采用高速光电探测器采集时域干涉信号，然后使用实时采样磷光示波器对光电探测器输出的电信号进行采样和记录。但是，通常实时采样磷光示波器的响应频率低于高速光电探测器的响应频率，这会限制信号测量的动态范围；而且，为了保证探测的精度，实时采样磷光示波器的采样频率一般很高(GHz数量级)。对于长时间、实时探测任务，数据量极大，因此，这对于数据的高速存储是一个很大挑战。

最后，由于在实时监测高速振动目标时，飞秒激光脉冲的重复频率很高(MHz数量级)，而现有方案中是采用先记录数据，后继再处理的办法，这对于实时监测并闭环控制高速运动的物体(如磁悬浮陀螺)就已经失去了意义。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量装置及方法。

根据本发明的一方面，提出一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，将基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达测量得到的距离信号转化为时域干涉条纹的频率信号，即微波脉冲频率信号；

步骤2，将所述微波脉冲频率信号经过带通滤波器滤波后使用微波放大器放大；

步骤3，将放大后的微波脉冲频率信号作为调制信号，对载波进行相位调制，其中，所述微波脉冲频率信号的频率对应于所述载波第一边带信号的中心频率；

步骤4，通过光学鉴频器，使用边缘方法检测所述载波第一边带信号的频率，即可得到所述微波脉冲频率信号的频率。

其中，所述带通滤波器的带通范围为1-40GHz。

其中，所述载波采用单频连续光激光器产生。

所述步骤4进一步为：通过检测所述载波第一边带信号在鉴频器上透过率的变化，来反演所述载波第一边带信号的频率变化。

其中，所述光学鉴频器为串联式光纤干涉仪。

所述步骤4进一步包括以下步骤：

步骤41，测量得到所述串联式光纤干涉仪输出的两路信号信号强度的比值R₁₂(ω_m)；

步骤42，根据所述信号强度的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系求得所述微波脉冲频率信号的频率ω_m。

所述信号强度的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系为：

R12(ωm)=2K2T~11+2K2T~2(ωc+ωm),]]>

其中，k₁为一阶Bessel函数在零点附近的斜率，为调制系数，分别为所述串联式光纤干涉仪输出的两路信号的透过率函数，为载波的相位角。

所述透过率函数分别为：