[发明专利]基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法及装置；通过外腔可调谐激光器进行正反向调谐，得到正向调谐的测量信号以及反向调谐的测量信号；分别提取正反向测量信号的相位，并进行相位展开；通过将两个信号的相位相加求平均，实现色散相位的抵消,得到降低色散影响后的测量信号；对测量信号进行ChirpZ变换，即可得到降低色散影响的目标距离。本方法可以不需要预先标定装置的色散系数，也不需要循环迭代补偿，单次测量即可完成系统色散补偿，得到降低色散影响的目标距离，提高了FMCW激光测距装置的稳定性及测量精度。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，尤其是涉及一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法及装置。

背景技术

21世纪以来，现代科学技术发展飞快，工业革命带动工业技术不断改革创新，这对高精度大尺寸空间测量提出了更高的要求，激光具有单色性好、相干性好、方向性好等优势，被广泛用于工业测量领域。常用的激光测距方法有:脉冲法、相位法、增量式干涉法和绝对式干涉法等，调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)激光测距技术具有无盲区测距、高精度、高分辨力，在大尺寸精密测量、加工制造领域具有重要的应用价值，成为激光绝对测距领域的研究热点。FMCW激光测距技术是将激光器发出的线性调制的激光与目标点的回波产生拍频，该拍频的频率与待测距离成正比，由此可以测得待测距离。对于FMCW激光测距系统，很难实现理想的线性调谐，往往表现为调频非线性，该效应将引起测量信号的频谱展宽，进而导致测距误差，为了消除调频非线性的影响，构造光纤辅助干涉仪同步测量信号，消除拍频非线性对测距结果的影响；这种构造光纤辅助干涉同步测量信号的方式引入了光纤结构，当光纤结构与宽带调谐光源相结合时，会产生色散失配效应，从而导致目标光谱峰值轮廓的畸变和峰值位置偏移，测量值随调谐带宽增加而变化，导致测量的不稳定，影响了测量的精度。

所以有必要提出一种方案，在构造光纤辅助干涉仪同步测量信号，消除拍频非线性对测距结果的影响时，有必要降低色散对测量结果的影响，进而提高FMCW激光测距装置的精度。

发明内容

针对目前在构造光纤辅助干涉仪同步测量信号，消除拍频非线性对测距结果的影响时，引入了光纤结构，当光纤结构与宽带调谐光源相结合时，会产生色散失配效应，影响测量精度的问题，本发明提出了一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法及装置，本方法在消除调频非线性对测量结果影响的同时，可以不需要预先标定装置的色散系数，也不需要循环迭代补偿，单次测量即可完成装置色散补偿，得到降低色散影响的测量信号，进而获得降低色散影响的目标距离，提高了FMCW激光测距装置的精度。

本发明提出了一种基于激光调频连续波正反向调谐色散对消方法，包括以下步骤：

S1：外腔可调谐激光器进行线性调频输出的激光经过隔离器、第一耦合器分为两部分：一部分进入主光路，产生测量信号；一部分进入第一辅助光路，产生辅助干涉信号，将辅助干涉信号作为时钟信号，对测量信号进行等频重采样，得到包含有光纤色散影响的测量信号；

S2：外腔可调谐激光器进行正向调谐和反向调谐，按照步骤S1进行对测量信号进行采样，得到正向调谐的测量信号以及反向调谐的测量信号；

S3：分别提取正反向测量信号的相位，并进行相位展开；

S4:通过将正反向测量信号的相位相加求平均，实现色散相位的抵消,得到降低色散影响后的测量信号；

S5：对步骤S4中的测量信号进行ChirpZ变换，即可得到降低色散影响的目标距离。

优选的，步骤S2中外腔可调谐激光器以某一波长为起始点分别正向和反向进行调谐，得到相应的测量信号。

优选的，步骤S1中对测量信号进行等频重采样的方式为过零点采样的方式。

优选的，步骤S3中采用Hilbert变换分别提取正反向调谐下的测量信号相位。