[发明专利]一种基于调制激光的主动式测速方法及测速装置

权利要求书

1.一种基于调制激光的主动式测速方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、产生光强随时间变化的调制激光信号，并控制2个激光器发射所述调制激光信号，从而同时形成2个平行的激光光幕，分别作为目标测速的启动靶和停止靶，其中，一维扩束激光光源在正弦调制信号驱动下，改变半导体激光器的注入电流，使得激光器的输出光强随注入电流的变化而产生变化，从而形成高频调制的激光调制信号，该信号强随时间的表达式为：

其中I_m、ω_m和分别为激光调制信号的峰值光强、调制信号的角频率和初始相位；

步骤2、在垂直激光光幕的方向发射目标，在所述目标先后穿过两激光光幕时，探测目标反射的激光信号，得到2个待测信号，

当目标飞行穿过激光光幕时，产生的表面漫反射光经收集、整形、会聚后进行光电转换；由于激光光幕很薄，收到的光强会随着目标物体在各挡光时刻的形状、大小不同而发生变化，即在目标穿过高频调制的激光光幕的过程中，系统接收到的漫反射光强经过了二次强度调制，静态时，接收到的光强为零，目标经过光幕时探测器接收到的光信号s(t)可用下式表示：

其中，K为比例系数，f(t)为信号s(t)的包络，是由目标经过光幕时表面漫反射光随时间的不同引起的，f(t)也称之为目标过靶信号；

为了得到信号的频谱表达式，对公式(2)进行傅里叶变换，如下式：

其中，F(ω)是f(t)的频谱函数，S(ω)是s(t)的频谱函数，可以看出，信号中含有基带信号和以ω_m为中心的频带信号，假设F(ω)的有效带宽B，则通过一个中心频率为f0＝ω_m/2π带宽为2B的带通滤波器，再通过相干解调的方法获得目标过靶信号；

步骤3、对所述2个待测信号分别进行放大和滤波处理，滤除待测信号的基带部分，保留频带部分，得到的待测信号用s₁(t)表示，其表达式为：

其中，为所述待测信号经放大、滤波后得到的新相位；

步骤4、将所述调制激光信号分出2路，并分别进行移相处理，使得2路调制激光信号的相位分别与步骤3中经放大和滤波后的2个待测信号s₁(t)的相位一致；

步骤5、将2路待测信号的频带部分分别与各自相位一致的移相后调制激光信号相乘，得到2个调制过靶信号，如下式：

步骤6、将所述2个调制过靶信号的频带部分滤除，保留的基带部分即为目标经过启动靶和停止靶时的2个过靶信号，如下式：

步骤7、根据所述2个过靶信号，得到目标在启动靶和停止靶之间飞行的时间，依据启动靶和停止靶之间的距离，得到目标速度。

2.如权利要求1所述的一种基于调制激光的主动式测速方法，其特征在于，所述步骤3中，对待测信号进行滤波处理还包括滤除噪声信号。

3.如权利要求1所述的一种基于调制激光的主动式测速方法，其特征在于，所述步骤7中，得到目标在启动靶和停止靶之间飞行的时间的方法为：

获得2个所述过靶信号进行互相关函数，求解使该互相关函数的绝对值取最大值时所对应的两个时间点，则该两个时间点之间的时间间隔即为目标的飞行时间。

4.如权利要求1所述的一种基于调制激光的主动式测速方法，其特征在于，所述步骤7中，得到目标在启动靶和停止靶之间飞行的时间的方法为：

分别找到过靶信号的幅值从信号峰值跌落至信号峰值一半时对应的时间点，两个过靶信号的两个时间点之差即为目标飞行时间。

5.如权利要求1所述的一种基于调制激光的主动式测速方法，其特征在于，所述步骤7中，采用重心算法得到目标在启动靶和停止靶之间飞行的时间，具体为：针对过靶信号的各个离散点，求各时间与对应的幅值的乘积，将所有时间点的乘积求和，再将和值除以所有点的幅值之和，得到的即是该过靶信号的时间重心；将两个过靶信号的时间重心求差值，即为目标的飞行的时间。