[发明专利]双量子数OAM光束测量旋转速度和加速度的系统及方法

说明书

双量子数OAM光束测量旋转速度和加速度的系统及方法，涉及激光雷达探测领域。本发明是为了解决现有只能测量恒定的旋转速度，不能同时测量旋转速度和旋转加速度的问题。激光器发射出的激光信号依次经过单模光纤调整、双量子数轨道角动量调制模块、光学系统准直发射，最终发射至待测旋转目标，待测旋转目标将携带着横向旋转速度和加速度信息的光反射回光学系统，光学系统将携带着横向旋转速度和加速度信息的光汇聚至分光器，依次经分光器、滤光片、探测器，最终输出一系列周期性信号，时频分析信号处理器对一系列周期性信号进行时频处理，得到一系列中频频率，根据一系列中频频率得到待测旋转目标横向旋转速度和加速度。它用于同时测量速度和加速度。

技术领域

本发明涉及基于双量子数轨道角动量调制横向旋转速度和加速度同时测量方法。属于激光雷达探测技术领域。

背景技术

目前旋转速度测量的研究大多只能利用光子的轨道角动量OAM横向多普勒效应测量恒定的旋转速度。不能满足旋转速度和旋转加速度同时测量的需求。

发明内容

本发明是为了解决现有只能测量恒定的旋转速度，不能同时测量旋转速度和旋转加速度的问题。现提供双量子数OAM光束测量旋转速度和加速度的系统及方法。

双量子数OAM光束测量旋转速度和加速度的系统，所述系统包括激光器1、单模光纤2、双量子数轨道角动量调制模块3、分光器4、光学系统5、滤光片7、探测器8、时频分析信号处理器9和显示模块10，

激光器1发射出的激光信号经过单模光纤2调整后，照射到双量子数轨道角动量调制模块3上，经双量子数轨道角动量调制模块3对调整后的激光信号进行调制，输出调制后的双量子数轨道角动量光信号入射至光学系统5，光学系统5将调制后的双量子数轨道角动量光信号准直发射至待测旋转目标6，待测旋转目标6将携带着横向旋转速度和加速度信息的光反射回光学系统5，光学系统5将携带着横向旋转速度和加速度信息的光汇聚至分光器4，经分光器4输出的光入射至滤光片7，滤光片7将滤除背景噪声后的光入射至探测器8，经探测器8输出一系列周期性信号，

时频分析信号处理器9用于对一系列周期性信号进行滑窗傅里叶变换的时频处理，得到一系列中频频率，

显示模块10用于根据一系列中频频率，得到待测旋转目标的横向旋转速度和加速度。

优选地，激光器1为单横模连续激光器。

双量子数OAM光束测量旋转速度和加速度的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、激光器1发射出的激光信号经过单模光纤2调整后，照射到双量子数轨道角动量调制模块3上，经双量子数轨道角动量调制模块3对调整后的激光信号进行调制，输出调制后的双量子数轨道角动量光信号入射至光学系统5，光学系统5将调制后的双量子数轨道角动量光信号准直发射至待测旋转目标6，待测旋转目标6将携带着横向旋转速度和加速度信息的光反射回光学系统5，光学系统5将携带着横向旋转速度和加速度信息的光汇聚至分光器4，经分光器4输出的光入射至滤光片7，滤光片7将滤除背景噪声后的光入射至探测器8，经探测器8输出一系列周期性信号；

步骤2、采用T时间长度和一系列等时间间隔对一系列周期性信号进行处理，得到多个中频频率；

步骤3、根据中频频率与旋转速度和加速度关系式及多个中频频率，得到待测旋转目标的横向旋转速度和加速度。

优选地，步骤2中，得到多个中频频率，具体过程为：

步骤21、用T时间长度作为时间窗从一系列周期性信号的起点开始量取T时间长度的信号，对该信号进行傅里叶变换，得到一号中频频率IF₁；

步骤22、将步骤21中的时间窗在一系列周期性信号上向后滑动时间间隔Δt，用此时T时间长度量取一系列周期性信号，对此时量取到的信号进行傅里叶变换，得到二号中频频率IF₂；