[发明专利]结合扫频和外差干涉仪的非合作目标测距系统及方法

说明书

结合扫频和外差干涉仪的非合作目标测距系统及方法，本发明涉及非合作目标测距领域。解决了现有技术中对于非合作目标的测距系统存在测量精度低的问题。本发明中外差干涉仪与扫频干涉仪采用共路结构，可以同步测量目标的振动和距离，振动测量结果用于校正扫频干涉信号I₁(k)中的由于多普勒效应引起的振动，校正振动对测距结果的影响。本发明主要用于对非合作目标距离的测量。

技术领域

本发明涉及非合作目标测距领域。

背景技术

在大型组件正在组装或机器正在运行的工业环境(航空航天工业或其他重型制造)中执行高精度绝对距离测量的能力变得越来越重要。由于频率扫描激光器的发展，频率扫描干涉测量(FSI)作为一种具有高精度和无测距盲区的技术，在绝对距离测量中越来越受到关注。

对于基本FSI，其中测量干涉仪的光程差(OPD)变化，测量误差比实际OPD变化大数百倍。这是由振动引入多普勒效应引起的，也即由于振动导致测距准确度低。

为了克服这个问题，2001年，Schneider等人。使用两个同时在频率上向上和向下调谐的激光二极管，并使用辅助干涉仪来校正频率扫描非线性。

2014年，Matthew·Warden等人。使用两个外腔激光器开发了一种类似于RichardSchneider的设置。外腔激光器具有较大的扫频范围，可以提高FSI的精度。双频扫描方法可以获得较好的校正结果，但成本太高。

2018年，Zhang等人提出结合FSI和多波长干涉测量距离，其中HeNe激光器是用于监测测量距离的波动。

2020年，Bin等人提出使用定频干涉仪来消除多普勒效应误差。

2016年，我们使用外差干涉仪来校正FSI中的多普勒效应系统。

然而，上面显示的所有方法都旨在测量合作目标，例如：球面反射目标或光滑镜面，并且忽略了多径干扰的影响。在这种情况下，当测量粗糙的物体(非合作目标)时，由于不可忽略多径干扰的影响，受多径干扰的影响导致对非合作目标测量精度低，特别是当距离大于10m时精度不超过10μm。因此，针对现有技术中对于非合作目标的测距系统存在测量精度低的缺陷亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中对于非合作目标的测距系统存在测量精度低的问题，本发明提供了一种结合扫频和外差干涉仪的非合作目标测距系统及方法。

结合扫频和外差干涉仪的非合作目标测距系统，包括外腔式激光器、单频激光器、第一辅助干涉仪、第二辅助干涉仪、测量干涉仪、1号分束器、2号分束器、3号分束器、4号分束器、5号分束器、声光调制器AOM、数据采集器和处理器；

第一辅助干涉仪和测量干涉仪构成扫频干涉仪；

第二辅助干涉仪和测量干涉仪构成外差干涉仪；

外腔式激光器输出的激光经1号分束器分束后，生成的两路激光，其中，一路送至第一辅助干涉仪进行干涉及光电转化后形成的信号送至数据采集器，作为数据采集器的采样时钟，另一路送入2号分束器进行分束后形成的两路激光均送至测量干涉仪，且2号分束器输出的一路激光作为探测光，其输出的另一路激光作为参考光；

单频激光器输出的激光经3号分束器分束后，生成两路激光，其中，

3号分束器输出的一路激光经过4号分束器分束成两路激光，且4号分束器输出的一路激光送至测量干涉仪，4号分束器输出的另一路激光送至第二辅助干涉仪；

3号分束器输出的另一路激光经声光调制器AOM调频后送至5号分束器，5号分束器对接收的激光进行分束后形成两路激光分别送至测量干涉仪和第二辅助干涉仪；