[發明專利]一種基于激光調頻連續波遠距離測距的色散補償方法

在審

• 申請號: 202011153193.6
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112462380A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 張福民;潘浩;曲興華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01S17/34
• 分類號: G01S17/34;G01S7/4915
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種基于激光調頻連續波遠距離測距的色散補償方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：搭建激光雙干涉儀光路遠距離測量系統，利用雪崩光電探測器和平衡光電探測器分別采集由主測量干涉儀光路和輔助測量干涉儀光路構成的兩路干涉儀光路的拍頻信號；

步驟2：利用輔助測量干涉儀光路的拍頻信號對包含長距離信息的主測量干涉儀光路信號進行零均值點重采樣，消除調頻非線性的影響，獲得重采樣信號；

步驟3：將重采樣信號進行希爾伯特變換，獲取移相90度的重采樣信號，根據正交分量特性，提取包含低頻噪聲的包絡；對重采樣信號進行解包絡，并再次采用希爾伯特變換法計算包裹相位，并根據掃頻方向進行相位解包裹；

步驟4：利用最小二乘法對解包裹的相位進行二次函數擬合，確定色散補償系數；

步驟5：對重采樣信號和相位補償系數進行相乘，并對新構建的信號進行快速傅里葉變換獲得被測物的遠距離信息。

2.根據權利要求書1所述的基于激光調頻連續波遠距離測距的色散補償方法，其特征在于，步驟2所述采用輔助干涉儀光路拍頻信號的零均值點對主測量干涉儀光路拍頻信號進行重采樣，具體算法如下：

2-1、零均值重采樣的方法是采用確定光程差為被測光程2倍以上的干涉儀對主測量干涉儀光路進行零均值點采樣，以滿足奈圭斯特采樣定理，獲取頻譜相對單一的重采樣信號；首先，利用雪崩光電探測器和平衡光電探測器探測到的兩路干涉儀光路的拍頻信號分別表示主測量干涉儀光路拍頻信號U_mea和輔助干涉儀光路拍頻信號U_ref：

U_mea(ω)＝A(t)·cos[R_fibβ(ω)+2R_airω/c]

U_ref(ω)＝B(t)·cos[R_refβ(ω)]

式中：

2-2、利用輔助干涉儀光路拍頻信號U_ref的零均值點，也即相位為kπ的采樣點對主測量干涉儀光路拍頻信號進行等間隔重采樣，獲得重采樣信號U_res(k)：

式中：k＝0,1,2,3...。

3.根據權利要求書1所述的基于激光調頻連續波遠距離測距的色散補償方法，其特征在于，步驟3中的兩次希爾伯特變換法分別先對重采樣信號進行解包絡和計算包裹相位，并根據最小二乘法進行相位解包裹，具體如下：

3-1、首先將包含低頻噪聲的重采樣信號U_res進行行希爾伯特變換，構建復信號X(k)；

其中j代表虛數，*代表卷積；

3-2、對重采樣信號進行包絡A(k)提取，其數學表達式：

其中表示U_res(k)的希爾伯特變換

3-3、對信號進行去除包絡，得到歸一化的重采樣信號U_nom(k)：

U_nom(k)＝U_res(k)/A(k)

3-4、再次對歸一化的重采樣信號進行希爾伯特變換，并通過反正切獲得歸一化重采樣信號的包裹相位；

其中Re{}與Im{}分別代表實部和虛部。

4.根據權利要求書3所述的基于激光調頻連續波遠距離測距的色散補償方法，其特征在于，步驟4中，根據掃頻的方向確定解卷裹后的相位方向，并對相位進行最小二乘法二次函數擬合確定補償系數δ_dis：

δ_dis＝a/2π。

5.根據權利要求書4所述的基于激光調頻連續波遠距離測距的色散補償方法，其特征在于，步驟5中，構建新的重采樣函數U_new(k)，并重采樣的信號進行相位補償，最后對新構建的重采樣信號進行快速傅里葉變換獲得補償后的距離譜信息：

U_new(k)＝U_res(k)exp[-j(a/2π)k²]。