[发明专利]一种基于激光调频连续波远距离测距的色散补偿方法

权利要求书

1.一种基于激光调频连续波远距离测距的色散补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：搭建激光双干涉仪光路远距离测量系统，利用雪崩光电探测器和平衡光电探测器分别采集由主测量干涉仪光路和辅助测量干涉仪光路构成的两路干涉仪光路的拍频信号；

步骤2：利用辅助测量干涉仪光路的拍频信号对包含长距离信息的主测量干涉仪光路信号进行零均值点重采样，消除调频非线性的影响，获得重采样信号；

步骤3：将重采样信号进行希尔伯特变换，获取移相90度的重采样信号，根据正交分量特性，提取包含低频噪声的包络；对重采样信号进行解包络，并再次采用希尔伯特变换法计算包裹相位，并根据扫频方向进行相位解包裹；

步骤4：利用最小二乘法对解包裹的相位进行二次函数拟合，确定色散补偿系数；

步骤5：对重采样信号和相位补偿系数进行相乘，并对新构建的信号进行快速傅里叶变换获得被测物的远距离信息。

2.根据权利要求书1所述的基于激光调频连续波远距离测距的色散补偿方法，其特征在于，步骤2所述采用辅助干涉仪光路拍频信号的零均值点对主测量干涉仪光路拍频信号进行重采样，具体算法如下：

2-1、零均值重采样的方法是采用确定光程差为被测光程2倍以上的干涉仪对主测量干涉仪光路进行零均值点采样，以满足奈圭斯特采样定理，获取频谱相对单一的重采样信号；首先，利用雪崩光电探测器和平衡光电探测器探测到的两路干涉仪光路的拍频信号分别表示主测量干涉仪光路拍频信号U_mea和辅助干涉仪光路拍频信号U_ref：

U_mea(ω)＝A(t)·cos[R_fibβ(ω)+2R_airω/c]

U_ref(ω)＝B(t)·cos[R_refβ(ω)]

式中：

2-2、利用辅助干涉仪光路拍频信号U_ref的零均值点，也即相位为kπ的采样点对主测量干涉仪光路拍频信号进行等间隔重采样，获得重采样信号U_res(k)：

式中：k＝0,1,2,3...。

3.根据权利要求书1所述的基于激光调频连续波远距离测距的色散补偿方法，其特征在于，步骤3中的两次希尔伯特变换法分别先对重采样信号进行解包络和计算包裹相位，并根据最小二乘法进行相位解包裹，具体如下：

3-1、首先将包含低频噪声的重采样信号U_res进行行希尔伯特变换，构建复信号X(k)；

其中j代表虚数，*代表卷积；

3-2、对重采样信号进行包络A(k)提取，其数学表达式：

其中表示U_res(k)的希尔伯特变换

3-3、对信号进行去除包络，得到归一化的重采样信号U_nom(k)：

U_nom(k)＝U_res(k)/A(k)

3-4、再次对归一化的重采样信号进行希尔伯特变换，并通过反正切获得归一化重采样信号的包裹相位；

其中Re{}与Im{}分别代表实部和虚部。

4.根据权利要求书3所述的基于激光调频连续波远距离测距的色散补偿方法，其特征在于，步骤4中，根据扫频的方向确定解卷裹后的相位方向，并对相位进行最小二乘法二次函数拟合确定补偿系数δ_dis：

δ_dis＝a/2π。

5.根据权利要求书4所述的基于激光调频连续波远距离测距的色散补偿方法，其特征在于，步骤5中，构建新的重采样函数U_new(k)，并重采样的信号进行相位补偿，最后对新构建的重采样信号进行快速傅里叶变换获得补偿后的距离谱信息：

U_new(k)＝U_res(k)exp[-j(a/2π)k²]。