[發明專利]基于色散系數調制的調頻連續波激光雷達色散補償方法

有效

• 申請號: 202010828730.6
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111948664B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 姜朔;劉博;趙彬;王盛杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01S17/32
• 分類號: G01S17/32;G01S7/481
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于色散系數調制的調頻連續波激光雷達色散補償方法。在調頻連續波激光測距系統中為了消除激光調制非線性，往往采用雙干涉光路，以輔助干涉儀的信號作為重采樣時鐘。但這兩個干涉光路存在的色散失配現象會導致測距分辨率和精度的降低。本發明利用延時光纖端面反射的干涉信號在重采樣過程中不受色散影響的特點，對其進行色散系數調制，并以其作為基準對目標反射的重采樣信號再次進行等相位間隔的采樣，由此消除兩個干涉光路色散失配對距離測量帶來的影響。此方法無需重復迭代補償色散引入的相位誤差，在初次確定色散調制系數后可以直接對其他測量結果進行色散補償，極大的簡化了色散補償的效率和速度。

技術領域

本發明涉及屬于高精度調頻連續波激光雷達絕對距離測量的技術領域，具體涉及一種基于色散系數調制的調頻連續波激光雷達色散補償方法。

背景技術

調頻激光激光雷達為了實現高精度和高分辨率的測量需要借助輔助干涉儀進行重采樣來消除激光調制非線性的影響。但是光纖輔助干涉儀和目標測距干涉光路存在色散失配現象，使得測距效果下降。如圖2所示，隨著測量目標距離的增加，基于重采樣方法得到的目標距離譜誤差逐漸增大，分辨率逐漸下降。

發明內容

本發明的目的是為了解決光纖輔助干涉儀和目標測距干涉光路存在的色散失配問題，提供了一種高分辨率調頻連續波激光雷達測距中基于色散系數調制的色散補償方法。

本發明采用的技術方案為：一種基于色散系數調制的調頻連續波激光雷達色散補償方法，所述方法利用的測量系統包括調頻激光器、50m延時光纖、10m延時光纖、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器4、第五耦合器、第一探測器、第二探測器、光纖環路器、準直器和數據采集卡，其中：

第一耦合器和第二耦合器為功分比是90：10的1*2的耦合器；第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器均為3dB耦合器；

外腔式激光器的調頻激光進入第一耦合器分成兩路。90％的激光進入第二耦合器分成兩路，一路作為本振激光，另一路通過環路器經一段10m延時光纖后打到待測目標，回光再通過環路器返回與本振激光在第三耦合器處相干，由第一探測器得到測距光路的干涉信號，剩下10％的激光經過第四耦合器分成兩路，一路作為本振，一路經過50m的延時光纖，于第五耦合器相干并在第二探測器得到輔助干涉光路的信號。

以第二探測器得到的干涉信號的峰谷位置對應的時刻為重采樣的時間點對第一探測器得到的干涉信號進行重采樣，得到的重采樣信號主要由兩部分組成：延時光纖端面反射信號(不受色散影響)和目標反射信號(受色散影響)，其表達式可以表示為：

其中，E_fiber和E_m分別代表延時光纖端面反射和目標反射信號的幅值，τ_Aux代表50m延時光纖對應的群延遲，τ_fiber代表10m延時光纖對應的群延遲，τ_air代表激光在空氣中傳播的群時延(代表激光打到目標上的往返時間)，N表示采樣點序號，β₂代表光纖色散系數，v_g代表激光在單模光纖中的群速度。

利用線性帶通濾波器得到延時光纖端面和目標對應的干涉信號。對目標干涉信號和延時光纖端面信號進行相位運算，得到E_sub(N)：

對光纖端面對應的干涉信號進行色散系數調制得到信號E_Mf(N)：

利用峰值演化消畸的方法完成對光纖色散調制系數的標定以方實現對其他測距過程的快速色散補償。