[发明专利]激光扫频测距装置及方法

说明书

本发明提供一种激光扫频测距装置及方法，装置包括激光器、电光调制器、分光棱镜、第一探测器、第二探测器、模拟鉴相器、测量控制电路和调制频率源，激光器用于发出激光信号，电光调制器用于对激光信号进行强度调制以输出调制信号，分光棱镜将调制信号分为两路，一路由第一探测器接收，产生参考信号；另一路被被测目标返回并经分光棱镜反射后由第二探测器接收，产生测量信号；模拟鉴相器用于检测参考信号与测量信号的相位差；测量控制电路用于对调制频率源的输出频率进行扫频控制，产生按照预设步长变化的高频调制信号，并反馈至电光调制器，还用于通过检测零相位差信号确定两个相邻的调制频率，根据两个相邻的调制频率计算被测目标的测量距离。

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种激光扫频测距装置及方法。

背景技术

激光测距技术是通过调制发射激光信号的强度、频率或偏振态，将激光在被测距离上的往返飞行时间转化成了调制激光信号的变化量，并对调制激光信号的变化量进行准确测量，得到激光信号的飞行时间实现距离测量。

现有的激光测距技术主要有脉冲激光测距、相位激光测距、调频连续波激光测距和偏振扫频激光测距等。其中，脉冲激光测距的测量范围大(可达km量级)，但测距精度为厘米量级，主要用于地形测绘、大场景三维扫描测量和避障测量等领域。相位激光测距的测量范围较小(百米量级)，测量精度为毫米量级，主要用于建筑测量、民用测绘等领域。调频连续波激光测距和偏振扫频激光测距的测量范围较大(可达1km)，测量精度高，可达十微米量级，在大尺寸工业测量和高端制造领域具有重要应用。

传统的脉冲激光测距和相位激光测距技术较为成熟，受测量原理和实现成本等因素制约，难以较大幅度提高测量精度。调频连续波激光测距和偏振扫频激光测距测量精度高，但系统复杂，实现成本高，且对测量应用场景有较高要求，制约了在大尺寸工业测量和高端制造领域的广泛应用。

近年来，飞秒激光测距技术的发展为高精度激光测距提供了新的实现方案，飞秒测距具有测量速度快、测量精度高，可替代激光干涉仪的性能优势。但目前飞秒激光测距系统受限于飞秒光源的稳定性差、实现成本高等因素，尚未达到实际应用所需的系统成熟度。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种可以提高测量精度并且降低系统复杂性的激光扫频测距装置及方法。

本发明一方面提供了一种激光扫频测距装置，用于对被测目标进行测距，包括激光器、电光调制器、分光棱镜、第一探测器、第二探测器、模拟鉴相器、测量控制电路和调制频率源，其中：激光器用于发出功率稳定的激光信号，电光调制器用于对激光信号进行强度调制以输出调制信号，分光棱镜将调制信号分为两路，一路由第一探测器接收，产生参考信号；另一路被被测目标返回并经分光棱镜反射后由第二探测器接收，产生测量信号；模拟鉴相器用于检测参考信号与测量信号的相位差；测量控制电路用于对调制频率源进行扫频控制，产生按照预设步长变化的高频调制信号，并反馈至电光调制器，还用于通过检测模拟鉴相器输出的零相位差信号确定两个相邻的调制频率，根据两个相邻的调制频率计算被测目标的测量距离。

根据本发明的实施例，激光器为高频强度调制激光源，用于发出连续扫频的高频强度调制激光信号。

根据本发明的实施例，电光调制器为电光强度调制器，用于对激光器发出的激光信号进行高频强度调制。

根据本发明的实施例，测量控制电路根据两个相邻的调制频率计算被测目标的测量距离，根据以下公式计算：

式中，L为被测目标的测量距离；c为光速；f₁为两个相邻的调制频率中的第一调制频率；f₂为两个相邻的调制频率中的第二调制频率。