[发明专利]一种基于相位传递的双扫频干涉动态测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种基于相位传递的双扫频干涉动态测量系统的动态测量方法，其特征在于：

所述系统包括：气室、测量干涉仪、辅助干涉仪1和辅助干涉仪2；

两扫频光源的扫频带宽在频域上不交叠，测量干涉仪光路部分用于目标绝对距离解算，辅助干涉仪1光路用于提供调频非线性校正的相频坐标，辅助干涉仪2光路部分与气室光路部分用于在线标定辅助干涉仪1光程，声光调制信号用以实施对辅助干涉仪1信号的相位解调；

所述方法具体包括以下步骤：

步骤1，同步采集测量干涉仪、辅助干涉仪1、辅助干涉仪2和气室信号；

步骤2，对声光调制信号进行Hilbert变换生成一组正交基sr(n)、si(n)，令其分别与辅助干涉仪1信号辅助干涉仪2信号进行混频并低通滤波，分别对生成的正交基信号进行反正切解调、相位解包裹，得到辅助干涉仪1相位与辅助干涉仪2相位

步骤3，利用辅助干涉仪2、气室信号，基于在线气室标定方法实现对辅助干涉仪1的L_f进行标定；

气室标定方法为：采用HCN气室提供气体，吸收峰对应K个绝对光频值Δf(m)与对应的K个采样m，同时根据K个采样m确定辅助干涉仪1信号的K个相位

利用辅助干涉仪1信号的光频与相位的关系，对辅助干涉仪1信号的光程L_f进行求解：

步骤4，消除测量干涉仪的非线性效应：将步骤3解调的辅助干涉仪1相位作为新采样坐标，按照采样顺序逐一替换时域坐标，利用三次样条插值方法可将测量干涉仪信号的非均匀相位采样转换为均匀相位采样的测量干涉仪信号

调频非线性的具体方法为：对声光调制信号信号进行Hilbert变换，获得用于解调辅助干涉仪1、2信号相位的正交基，该正交基sr(n)、si(n)包含声光调制器频移信息；

sr(n)＝cos(2πf_AOMn)n＝1,2,3,…N                 (1)

si(n)＝sin(2πf_AOMn)n＝1,2,3,…N                 (2)

其中，sr(n)、si(n)为正交基的实部和虚部，f_AOM为声光频移；

利用上述产生的正交基分别与辅助干涉仪2信号进行混频、低通滤波，获得辅助干涉仪2信号的正交基该正交基

其中f_g2(n)为在光纤色散影响对应辅助干涉仪2的调频函数，R_f为辅助干涉仪1的臂长差，c为光速；

将上述得到的正交基进行反正切解调、相位解包裹，可得到辅助干涉仪2的相位同理可得到辅助干涉仪1信号的相位分别为在光纤色散影响下的上扫与下扫调频函数，将辅助干涉仪1信号相位分别作为测距干涉仪信号的新坐标，利用三次样条插值方法构造等相位采样的测距干涉仪信号将上述两测距干涉仪信号进行混频，并通过高通滤波器得到非线性校正后的信号

其中，HPF为高通滤波，R_mf为测量干涉仪光纤臂长差，R_m0为目标在自由空间中的距离，R_m(t)为目标的绝对位置变化，分别在自由空间色散影响下的上扫、下扫调频函数，f₀为调频激光器初始光频，为辅助干涉仪提供的相频坐标，为等相位采样下的采样间隔，为调频激光器初始光频对应的光纤折射率，d_f为调频波段内的光纤色散系数；

如公式(6)所示，信号中的非线性对测量的影响已经得到了消除；

步骤5，消除测量干涉仪的多普勒效应和色散失配影响：将重构后的测量干涉仪信号进行混频、高通滤波，得到

步骤6，对经过非线性校正后的测距干涉仪信号进行谱分析得到测距干涉仪信号频率，利用在线气室标定结果，可将测距干涉仪信号频率转换为目标的绝对距离，完成双扫频干涉的动态测量。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：

所述气室的光路包括扫频激光器1、保偏隔离器1、耦合器1、耦合器2、气室和平衡探测器1；

从扫频激光器1输出的扫频光经过保偏隔离器1，输入到分光比为99：5的耦合器1，其中5％的扫频光进入95：5的耦合器2，95％的光束进入耦合器2，5％的光束进入气体吸收室，最后由平衡探测器1接收由气体吸收室输出的信号。