[发明专利]双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调装置方法

说明书

本发明公开的双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调装置及方法，属于光电精密测量领域。本发明的装置包括信号调理电路模块、A/D高速采集模块、FPGA控制模块、晶振时钟源模块、测距结果上位机及显示模块、DSP信号解调模块、粗测距离值串口接收模块及电源模块。本发明还公开基于所述装置实现的双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调方法，利用测距信号同步触发实现测距参数同步实时获取，通过多种阈值的提取实现不同特征测距信号的实时自适应解调，具有算法简单、响应时间快、解算速率高、环境适应性强及可同步实时采集参数等优点，有利于双飞秒光学频率梳测距系统测量精度、测量速率的提高及复杂环境下距离目标的在线实时实际工程测量。

技术领域

本发明涉及一种双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调装置及方法，属于光电精密测量领域。

背景技术

随着飞秒激光技术的发展，飞秒光学频率梳凭借其时域和频域特性在距离测量领域发挥着重要作用。其中，基于外差法的双飞秒光学频率梳测距技术有效地克服了干涉法以及传统飞行时间法无法同时满足测距范围及测量精度的缺点，在科学研究和工程应用领域具有重要意义。该技术利用飞秒光学频率梳光谱范围宽、脉冲宽度窄、重复频率稳定性高等优点，使用两台重复频率具有一定差值的飞秒光学频率梳实现脉冲的时域重合，从而将飞行时间测距与光学干涉测距结合起来，能在保证测量精度的同时极大地扩展测距范围，具有测量精度高、更新速率快的优势，在无测量盲区的前提下，可实现大尺寸绝对距离的测量，具有广泛的应用前景。

在众多影响测距精度的因素中，双飞秒光学频率梳测距信号的快速有效解调对于提高测距精度及测量速率具有重要意义。依据双飞秒光学频率梳测距原理，测距信号由参考信号及目标信号脉冲对组成，该脉冲对出现频率由双飞秒光学频率梳重复频率差值决定，距离值的解算需要提取测距信号中每个脉冲峰值对应的时刻，并计算参考信号和目标信号脉冲之间的时间差，结合信号光重复频率值及粗测距离值进一步获得最终的距离值。一方面，高精度的距离获得需要同时获得两台飞秒光学频率梳重复频率值、粗测距离值及测距信号等参数，目前常采用频率计数器及高速数字化仪等独立器件分别获取相关参数，难以保证参数间的同步实时采集，从而降低测量精度及测量速率。另一方面，由于测距光源量子噪声、脉冲重复频率抖动及数据采集量化噪声等因素的影响，测距信号包含复杂的干扰噪声，并存在谱峰重叠及不规则峰形等问题，同时测距光源偏振态及锁模状态的不同，使测距信号幅值及脉冲形状变化较大。现有解调算法存在算法复杂、参数设置难以适应多种特征信号的提取的缺点，难以实现不同信噪比、不同脉冲形状的测距信号的解调，从而影响距离值实时测量及测量精度的提高。综上所述，在提高测量精度及测量速率的前提下，现有双飞秒光学频率梳测距信号解调技术难以满足复杂环境下距离目标的在线实时实际工程测量的高适应性需求。

发明内容

为克服现有双飞秒光学频率梳测距信号解调技术中无法同步采集及适应性较差等缺点，本发明公开的双飞秒光学频率梳测距信号同步实时自适应解调装置及方法要解决的问题是：利用测距信号同步触发实现测距参数同步实时获取，通过多种阈值的提取实现不同特征测距信号的实时自适应解调，具有算法简单、响应时间快、解算速率高、环境适应性强及可同步实时采集参数等优点，有利于双飞秒光学频率梳测距系统测量精度、测量速率的提高及复杂环境下距离目标的在线实时实际工程测量。

所述实际工程领域包括大尺寸装配及GPS地面基线测量等领域的距离测量。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。