[發明專利]基于F?P標準具的高精度調頻連續波激光測距系統

有效

• 申請號: 201610285929.2
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105785386B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 時光;王文;范緒銀;范宗尉
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S17/32
• 分類號: G01S17/32
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于光學技術領域，具體涉及一種基于F-P標準具的高精度調頻連續波激光測距系統。

背景技術

自激光器的誕生之初就被應用于測距領域，激光的方向性好、亮度高、單色性好等特性，決定了其在測量領域的獨特優勢。在地形測量、空間技術、軍事領域以及工程測量中，激光測量技術的引入，使得測量范圍不斷增加，測量精度不斷提高，測量方法不斷創新，激光測量一直以來都是測量領域的熱門研究課題。

調頻連續波(FMCW)激光測距是一種干涉式大尺寸激光絕對測距技術，具有測量精度高、絕對測量、無相位模糊問題、可實現無合作目標測量等優點，可以為大空間幾何量測量提供便捷有效的解決方案，有著廣闊的應用前景。

可調諧激光器的調制線性度較差是限制調頻連續波激光測距精度的主要因素，利用等光頻間隔重采樣的方式可以很大程度上抑制激光器調制非線性的影響。但是現有的調頻連續波測距系統以光纖長度作為基準，受到外界溫度、振動等因素影響較大導致精度較低。

發明內容

本發明目的就是在于克服現有調頻連續波激光測距系統的缺點和不足，提供了一種基于F-P標準具的高精度調頻連續波激光測距系統。本發明結構較為簡易，在有效抑制激光器調制非線性影響的同時，利用法布里－珀羅(F-P)標準具作為測距基準，進一步提高系統的測距精度。

本發明包括可調諧激光器、測量干涉系統、分路器、分光棱鏡、第一光電探測器、上位機、同步采樣系統、F-P標準具、第二光電探測、第三光電探測器和馬赫增德爾干涉系統；所述可調諧激光器發射的經光頻線性調制的窄線寬調頻連續波激光經過分路器分為A0、B0兩路，其中，B0路進入馬赫增德爾干涉系統，A0路經準直透鏡后由分光棱鏡分為A1、A2兩路，A1路進入測量干涉系統，A2路進入F-P標準具；所述的測量干涉系統和第一光電探測器用于對被測反射棱鏡進行探測，產生干涉信號sig1；A2路激光與F-P標準具發生干涉后，由第二光電探測進行探測，得到干涉信號sig2；B0路激光與馬赫增德爾干涉系統發生干涉，并由第三光電探測器進行探測，得到干涉信號sig3。所述的同步采樣系統對干涉信號sig1、sig2和sig3進行放大、濾波和同步采樣，并將三路同步采樣信號發送至上位機處理得到被測反射棱鏡與測量干涉系統中參考反射棱鏡的光程差，進而得出被測目標的距離。

所述的測量干涉系統包括二分之一波片、參考反射棱鏡、四分之一波片一、偏振分光立方體、偏振片、凸透鏡和四分之一波片二；A1路激光經由二分之一波片調整偏振方向，并由偏振分光立方體控制分光比，經偏振分光立方體分為兩束，其中一束經四分之一波片一被參考反射棱鏡反射，另一束經四分之一波片二被被測反射棱鏡反射，在偏振分光立方體的反射面匯合為一束合束激光；四分之一波片一和四分之一波片二用于將經過的激光偏振方向旋轉90度，從而改變經過偏振分光立方體的激光傳播方向；合束激光經依次經偏振片和凸透鏡后由第一光電探測器進行探測，得到干涉信號sig1。

所述的上位機以干涉信號sig2作為基準對干涉信號sig3進行校正，得到信號sig4，具體為：干涉信號sig2的三個峰值為a、b和c，干涉信號sig3的三個峰值A、B和C分別間隔6個周期，調整干涉信號sig3得到信號sig4，使信號sig4分別間隔6個周期的三個峰值A＇、B＇、C＇和干涉信號sig2的三個峰值a、b、c一一對齊。利用信號sig4作為采樣時鐘信號，對干涉信號sig1進行二次采樣，得到重采樣信號sig5，對重采樣信號sig5進行時頻變換即可得到被測反射棱鏡與參考反射棱鏡的光程差，進而得出被測目標的距離。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

利用法布里-珀羅標準具作為基準，對馬赫增德爾干涉系統得到的干涉信號進行校準，消除了由于外界振動、溫度等因素對馬赫增德爾干涉系統兩干涉臂的光程差產生的影響。將測距結果溯源到了法布里-珀羅標準具的長度，提高了測距精度。

附圖說明

圖1為本發明的系統結構示意圖；

圖2為利用F-P標準具對馬赫增德爾干涉系統的信號進行校正的過程圖。

圖中：1、可調諧激光器，2、分路器，3、準直透鏡，4、分光棱鏡，5、二分之一波片，6、參考反射棱鏡，7、四分之一波片一，8、偏振分光立方體，9、偏振片，10、凸透鏡，11、第一光電探測器，12、四分之一波片二，13、被測反射棱鏡，14、上位機，15、同步采樣系統，16、F-P標準具，17、第二光電探測器，18、第三光電探測器，19、馬赫增德爾干涉系統。