[发明专利]一种提高相位调制激光多普勒测速系统的测量范围的方法

摘要

提高相位调制激光多普勒测速系统的测量范围的方法。现有的相位调制激光多普勒频移测量方法测量灵敏度较低，多普勒频移测量范围窄的问题。将一倍调制频率拍频信号经过信号分解为同相分量和正交分量叠加的形式；令x轴表示同相分量的归一化振幅AR的幅度变化，y轴上表示正交分量的归一化振幅AI的幅度变化，z轴表示信号光频移ω的变化；频移ω变化，xyz三维坐标系中的一个空间点(AR,AI,ω)的位置会在这个三维坐标系变化，从而形成一条三维曲线。将曲线投影到AR和AI构成的平面上得到二维曲线，对目标回波信号进行处理，获得其AI和AR的测量值，确定二维曲线上的点，确定其对应的频移ω。本发明照现有技术相比测量范围提高近10倍。

主权项

1.一种提高相位调制激光多普勒测速系统的测量范围的方法，其特征在于：所述提高测量范围的方法包括以下步骤：步骤一、对目标后向散射单频信号光E＝E₀exp(jωt)进行正弦相位调制,当满足窄带相位调制条件时，会使其在原有频率成分的基础上产生振幅相等、相位相反的正一阶边带和负一阶边带，E经相位调制后表示为：E_R＝E₀J₁(β)exp[j(ω+Ω)t]+E₀J₀(β)exp(jωt)‑E₀J₁(β)exp[j(ω‑Ω)t]    (1)式中，E₀和ω为原信号光的振幅和角频率；Ω和β为相位调制的角频率和深度；J₀和J₁分别是零阶和一阶贝塞尔函数；ω+Ω为正一阶边带的角频率，ω‑Ω为负一阶边带的角频率；j表示复数中的虚数；t表示时间；步骤二、将经步骤一调制后的信号光通过F‑P干涉仪，破坏两边带的对称性，并利用光电探测器测量输出的电信号，表示为：式中，i_d为直流信号；为原频和两边带产生的一倍调制频率拍频信号；为两边带产生的二倍调制频率拍频信号，且忽略不计；∝表示成正比例；步骤三、根据式(1)和式(2)，将直流信号i_d表示为：式中，T为F‑P干涉仪场强透过系数，模方|T(ω)|²表示F‑P干涉仪光强透过率，表示调制信号光的等效F‑P干涉仪光强透过率；对探测器输出信号i(t)进行积分，以提取出直流分量i_d，表示为：其中，T₀为积分时间，当其等于2T_Ω的整数倍时，交流分量和的积分结果恰好等于零；T_Ω为一倍调制频率拍频信号周期，T_Ω＝1/Ω；步骤四、将一倍调制频率拍频信号表示为：其中，A₀表示归一化振幅，φ₀表示归一化相位；A_R和A_I分别为同相和正交分量的归一化振幅；RE表示实数部分，IM表示虚数部分；步骤五、利用正交参考信号和与分别探测器输出信号i(t)进行相关运算，当积分时间T₀＝nT_Ω时，i(t)中i_d和频率成分运算值为零，得到：其中，τ为拍频信号与正交参考信号之间的延迟时间，为常数；n为常数；利用方程组(6)得到：步骤六、将公式(5)中一倍调制频率拍频信号经过信号分解为同相分量和正交分量叠加的形式；步骤七、由相互正交的x轴、y轴和z轴构成一个三维坐标系，并令x轴表示同相分量的归一化振幅A_R的幅度变化，y轴上表示正交分量的归一化振幅A_I的幅度变化，z轴表示信号光频移ω的变化；根据每一个ω值都确定一个A_R值和一个A_I值的原理，确定xyz三维坐标系中的一个空间点(A_R,A_I,ω)，当频移ω发生变化时，该点的位置会在这个三维坐标系变化，从而形成一条三维曲线，利用这条三维曲线进行多普勒频移测量，提取出拍频信号i_Ω中的全部频移信息，获得目标的速度。