[发明专利]一种基于单光源多频混合外差式激光绝对测距系统及测距方法

权利要求书

1.一种基于单光源多频混合外差式激光绝对测距系统，光源采用双纵模He-Ne激光器(1)，其特征在于：在所述激光器(1)后放置二分之一波片(2)，所述二分之一波片(2)改变所述激光器(1)输出的两偏振态相互垂直偏振光的偏振方向；光束经过二分之一波片(2)后进入第一偏振分光棱镜(3)，并通过第一偏振分光棱镜(3)分成水平偏振态和竖直偏振态两束光，水平偏振态光束与经第三反射镜(11)反射后的竖直偏振态光束分别通过第一四分之一波片(4)和第二四分之一波片(12)后变为圆偏振光，再分别通过第二偏振分光棱镜(5)、第四偏振分光棱镜(13)形成四束偏振光，四束偏振光对应通过第一声光移频器(6)、第二声光移频器(8)、第三声光移频器(14)和第四声光移频器(17)形成四个不同频率的偏振光；

第二声光移频器(8)产生的偏振光经第二反射镜(9)反射后与第一声光移频器(6)产生的偏振光在第三偏振分光棱镜(10)合光；第四声光移频器(17)产生的偏振光经第五反射镜(18)反射后与第三声光移频器(14)产生的偏振光在第五偏振分光棱镜(15)合光；从第三偏振分光棱镜(10)合光输出的光束经第六反射镜(19)反射后与从第五偏振分光棱镜(15)合光输出的光束在非偏振分光棱镜(20)中合成具有四个频率的透射光束和反射光束，所述透射光束经过第一偏振片(26)干涉后进入第一光电探测器(27)，作为参考信号；所述反射光束经第六偏振分光棱镜(21)后分成水平偏振光和竖直偏振光，所述水平偏振光经过第四四分之一波片(24)入射到第二角锥棱镜(25)，经第二角锥棱镜(25)反射后的反射光再次经过第四四分之一波片(24)变成竖直偏振光回到第六偏振分光棱镜(21)；所述竖直偏振光经过第三四分之一波片(22)入射到第一角锥棱镜(23)经第一角锥棱镜(23)反射后的反射光再次通过第三四分之一波片(22)后以透射形式回到第六偏振分光棱镜(21)，并与第六偏振分光棱镜(21)中的另一束光束合成一束光后经第二偏振片(28)干涉后形成测量信号进入第二光电探测器(29)；所述第一光电探测器(27)和第二光电探测器(29)经多频信号处理电路连接到上位机。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述多频信号处理电路包括混频信号处理单元、多频信号分离单元、信号整形单元和数字鉴相单元；所述第一光电探测器(27)输出的参考信号和第二光电探测器(29)输出的测量信号同步输入混频信号处理单元，混频信号处理单元进行下变频处理后将信号输入给多频信号分离单元进行滤波处理，滤波处理后经过信号整形单元将信号变成方波信号，所述方波信号经数字鉴相单元完成相位测量，并将相位测量结果传输给上位机。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：经第一偏振片(26)干涉后进入第一光电探测器(27)的信号以及经第二偏振片(28)干涉后进入第二光电探测器(29)的信号包含两类不同的相位信息；一类由ν₁+f₁与ν₂+f₃构成频率为ν₁-ν₂的精测尺相位信息，一类由ν₁+f₁与ν₁+f₂构成频率为f₁-f₂的粗测尺相位信息；其中，f₁＜＜ν₁，f₃＜＜ν₂；ν₁为水平偏振态光束频率，ν₂为竖直偏振态光束频率；f₁为第一声光移频器移频频率，f₂为第二声光移频器移频频率，f₃为第三声光移频器移频频率。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述激光器的两纵模间距为Δν。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：四个声光移频器采用同源DDS声光移频器；所述的四个声光移频器移频后的衍射光束同取+1级或-1级；所述的四个声光移频器中第二声光移频器(8)与第三声光移频器(14)移频频率相同，第一声光移频器(6)、第二声光移频器(8)与第四声光移频器(17)的移频频率各不相同。