[发明专利]一种自参考长距离高分辨率色散干涉测距方法

说明书

本发明提供一种自参考长距离高分辨率色散干涉测距方法，包括将具有重频差的两套光频梳传输给色散干涉测距系统，以产生距离干涉谱；分别对两套距离干涉谱进行傅里叶变换，根据傅里叶变化后的干涉谱峰值进行距离粗测量，分别获得测量距离Lsubgt;DPI1/subgt;和Lsubgt;DPI2/subgt;；对测量距离Lsubgt;DPI1/subgt;和Lsubgt;DPI2/subgt;做差或求和，得到当前结果ΔLsubgt;1/subgt;或ΔLsubgt;2/subgt;，根据半周期序号与ΔLsubgt;1/subgt;的对应关系以及当前结果ΔLsubgt;1/subgt;，或根据半周期序号与ΔLsubgt;2/subgt;的对应关系以及当前结果ΔLsubgt;2/subgt;，确定当前实际距离在对应关系曲线上的半周期序号；根据当前实际距离与其在对应关系曲线上的半周期序号、对应关系曲线的半周期大小、对应距离干涉谱中选取的极值点波长及其相乘系数的等式关系，计算出当前实际距离。本发明可以提高距离测量准确度。

技术领域

本发明属于测距领域，具体涉及一种自参考长距离高分辨率色散干涉测距方法。

背景技术

对于光频梳测距技术而言，其通常采用色散干涉测距的方式，其理论上测量距离可达上千公里，测量精度则可以到达微米量级以下。该技术主要由以下几个关键技术支持：首先是光频梳，光频梳在时域上表现为等时间间隔的一系列脉冲，且具有几百到几十GHz的重复频率；在频域上表现为等频率间隔的一系列梳齿结构，一个脉冲就包含几十乃至上百纳米的丰富光谱成分，是该技术理想的光源；其次是采用迈克尔逊干涉结构来进行距离的传感，当参考脉冲和传感脉冲相遇时会发生干涉；最后由于待测距离和干涉光谱自由光谱范围(FSR)的线性对应关系，干涉光谱的FSR会随着两干涉臂的距离差的增加而减小，随着两干涉臂距离差的减小而增大，因此可以根据干涉光谱的FSR来确定待测距离。

在利用光频梳来实现高分辨率长距离测距时，由于测量距离与实际距离之间的关系曲线呈周期性变化，且每个周期内测量距离与实际距离之间均呈现出三角波关系，在基于干涉信号获得测量距离后，只需要通过该三角波关系来确定对应的实际距离，但是获得的测量距离无法确定三角波所处周期(即实际距离所在周期)，存在周期性模糊的问题。

为了解决周期性模糊问题，通常需要利用粗测技术来对当前实际距离所在周期进行判定，这无疑会增加系统的复杂度，此外因为所引入的粗测技术与原本的色散干涉测距所经历的光程不同，会带来系统本身的测距误差。另外，受限于光源光谱范围，色散干涉测距作为粗测距的手段，利用傅里叶变换峰值定位的方式通常只能达到微米级别的分辨率，在进行高精度测距时通常需要将色散干涉测距和零差干涉技术相结合，在利用色散干涉测距确定当前实际距离所在周期后，利用零差干涉技术，通过判断某一波长下的相位变化量来进一步将距离测量分辨率提升至纳米级别。但是在进行零差干涉时首先由于激光器的热噪声等，所选定的波长可能会产生一定的偏移，从而影响测量结果的准确性。此外由于相位的获取方式是根据强度信号来反推，该过程所决定的测量精度很容易受到强度噪声的影响，从而使测量产生误差。由此可见，现有测距方法准确度较低。

发明内容

本发明提供一种自参考长距离高分辨率色散干涉测距方法，以解决目前测距准确度较低的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种自参考长距离高分辨率色散干涉测距方法，包括：

步骤S110、将具有重频差的两套光频梳传输给色散干涉测距系统，每套光频梳在该色散干涉测距系统传输过程中均产生对应的距离干涉谱；

步骤S120、分别对两套距离干涉谱进行傅里叶变换，根据傅里叶变化后的干涉谱峰值进行距离粗测量，分别获得测量距离L_DPI1和L_DPI2；