[發明專利]基于雙邊帶調制的激光測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201710816036.0
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107505626B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 徐忠揚;潘時龍;唐良尊;張洪祥
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 衛麟

本發明公開了一種基于雙邊帶調制的激光測量方法，用于同時測量待測物體的距離和速度信息。將線性調頻微波信號調制于光載波上，產生載波抑制的雙邊帶調制光信號；然后以所產生的雙邊帶調制光信號作為探測光向待測物體發射；將回波信號與本振光信號進行拍頻，得到同時包含回波信號的延時信息和多普勒頻移信息的電信號，本振光信號為從所述光載波或雙邊帶調制光信號中分束得到；最后從電信號中提取出回波信號的延時信息和多普勒頻移信息，并依據延時信息獲得待測物體的距離信息，依據多普勒頻移信息獲得待測物體的速度信息。本發明還公開了一種基于雙邊帶調制的激光測量裝置。本發明可同時實現對待測物體的距離信息、速度信息進行實時準確地測量。

技術領域

本發明涉及一種基于雙邊帶調制的激光測量方法，用于同時測量待測物體的距離和速度信息。

背景技術

激光測距和激光測速是激光技術的重要應用。激光具有的高相干性、方向性、單色性等優點，可以實現遠距離、高精度的測距功能。同時，運動物體的反射光會引入多普勒頻移，通過測量多普勒頻移即可實現激光測速。

目前，激光測距測速系統主要兩種體制。第一種采用激光脈沖作為探測光，通過測量激光脈沖的飛行時間獲取待測物體的位置信息。此類方法測距精度受限于脈沖寬度，測速則需要引入另外一套多普勒頻移測量系統。第二種則采用調制連續光作為探測光，通過探測回波的調制信息獲得待測物體的距離和速度信息。其中，頻率調制是一種常用的調制方式，一般地，在激光測距測速系統中，發射端采用掃頻信號調制探測光，接收端采用相干探測的方法測量回波的瞬時頻率。最后，通過瞬時頻率可以獲得待測物體的距離和速度信息。典型的頻率調制方案包括鋸齒波形和三角波波形兩種，前者將探測得到的微波信號與本振微波信號進行混頻去斜，可以獲得一個正比于激光回波延時的差頻信號，通過回波延時可以確定物體距離信息。但是該方案中多普勒頻移會疊加在差頻信號中，難以剔除，不但造成測距誤差，更限制了其在激光測速中的應用。后者探測器所得信號與本振信號混頻后，三角形調頻信號的升頻與降頻部分產生兩個不同的差頻信號，兩個信號的頻率之和正比于激光回波延時，之差正比于多普勒頻移。因此，三角形頻率調制可以同時實現激光測距與測速。然而該方案的缺點在于：兩個不同的差頻信號分別出于不同的時間段，不僅需要在采集信號后進行計算，更無法實現真正意義上的實時測量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種基于雙邊帶調制的激光測量方法及裝置，可同時實現對待測物體的距離信息、速度信息進行實時準確地測量。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于雙邊帶調制的激光測量方法，用于同時測量待測物體的距離和速度信息；首先將線性調頻微波信號調制于光載波上，產生載波抑制的雙邊帶調制光信號；然后以所產生的載波抑制的雙邊帶調制光信號作為探測光向待測物體發射；將待測物體所反射的回波信號與本振光信號進行拍頻，得到同時包含回波信號的延時信息和多普勒頻移信息的電信號，所述本振光信號為從所述光載波或雙邊帶調制光信號中分束得到；最后從所述電信號中提取出回波信號的延時信息和多普勒頻移信息，并依據所述延時信息獲得待測物體的距離信息，依據所述多普勒頻移信息獲得待測物體的速度信息。

作為本發明的一個優選技術方案，所述本振光信號為從所述光載波中分束得到；具體按照以下方法從所述電信號中提取出回波信號的延時信息和多普勒頻移信息：利用從所述線性調頻微波信號中分束得到的本振微波信號作為參考，通過電混頻器對所述電信號進行去啁啾處理，獲得兩個不同的啁啾差頻信號以及這兩個啁啾差頻信號的和頻信號、差頻信號；然后從所述和頻信號中提取出回波信號的延時信息，從所述差頻信號中提取出回波信號的多普勒頻移信息。

作為本發明的又一優選方案，所述本振光信號為從所述載波抑制的雙邊帶調制光信號中分束得到；具體按照以下方法從所述電信號中提取出回波信號的延時信息和多普勒頻移信息：對所述電信號進行自混頻，產生所述電信號的兩個單頻成分的和頻信號、差頻信號；然后從所述和頻信號中提取出回波信號的延時信息，從所述差頻信號中提取出回波信號的多普勒頻移信息。