[发明专利]一种双斜射非对称车载激光测速装置

说明书

一种双斜射非对称车载激光测速装置，在参考光束型激光多普勒测速探头其激光入射到行驶面前的激光路径上设置小夹角分光棱镜。参考光束型激光多普勒测速探头入射到行驶面上的激光被小夹角分光棱镜分成夹角为α的两束出射光入射到行驶面上。沿两束出射光原方向返回的两束地面散射光一起作为信号光，参考光束型激光多普勒测速探头中的参考光和与信号光在参考光束型激光多普勒测速探头中的光电探测器的光敏面上进行混频，光电探测器收集参考光和信号光混频形成多普勒信号传输至信号处理单元，信号处理单元分别提取出两束出射光对应的多普勒频率，实现速度解算。本发明可以解决测量时安装角难标定和车辆颠簸影响测量精度的问题。

技术领域

本发明是涉及激光测速技术领域，特别是涉及一种双斜射非对称车载激光测速仪，其是一种用于测量车辆运动速度的仪器。

背景技术

激光多普勒测速仪常见的测量模式有三种：参考光模式、自混合模式及双光束差动模式。在激光多普勒测速仪的车载应用场合中，参考光模式最合适。这是因为，一方面车辆运行过程中车辆离地面的距离是不断变化的，而双光束差动模式无法进行离焦测量，车辆上下颠簸会导致信号丢失；另一方面，自混合模式通过检测激光器后端输出光强的波动频率来测速，工作电流和外界温度的变化对多普勒频率的测量精度影响非常大，使得自混合模式的测速精度不高。

传统车载参考光模式激光测速仪的光路结构如图1所示。整个激光测速仪固联在车式载体上，测量车辆相对于地面的运动速度。激光器出射的激光经准直镜准直后，由分束镜分成强度相等的两束光，一束经衰减片和全反镜沿原方向返回，再经过分束镜、滤光片和小孔光阑入射到光电探测器上，为参考光；另一束入射到运动表面上，各个方向都有散射光，其中沿原方向返回的散射光同样经过分束镜、滤光片和小孔光阑被光电探测器接收，为信号光。参考光与信号光在光电探测器的光敏面上进行混频。由于光电探测器的平方率效应，光电探测器输出的电压信号中包含两光束的差频(即多普勒频率)项，多普勒频率为

其中f_D是多普勒频率，λ是激光波长，θ是测速系统的激光发射倾角，v是车辆的运动速度。通过探测多普勒频率，即可解算出车辆的运动速度

由(2)式可知，待测的速度与发射倾角密切相关。而在实际行驶过程中车辆时常发生颠簸，测速系统的激光发射倾角会发生变化，这就导致测得的速度不准确。

为解决激光发射倾角变化带来的测量误差，周健等人使用Janus配置结构的两套子系统分别以相同的发射倾角向车头和车尾方向的地面发射激光束，保持发射频率相同，同时测量各自的多普勒频率，从而解算出激光发射倾角的变化量，得到载体的运动速度。该方法显著提高了测速精度，但有一个明显的缺点是使用两套激光多普勒测速仪，使得测速仪光路结构和系统整体结构更加复杂、可靠性降低、成本大大增加。

发明内容

针对现有传统参考光模式激光测速仪存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种双斜射非对称车载激光测速装置，其是利用两束斜射非对称激光束作为出射光，根据两束出射光对应的多普勒频率以及两束出射光的夹角测量车辆相对于行驶面的速度。本发明的出射光利用双斜射非对称激光束代替传统一束斜射激光，可以解决测量时安装角难标定和车辆颠簸影响测量精度的问题。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：