[發(fā)明專利]雙量子數(shù)OAM光束測量旋轉(zhuǎn)速度和加速度的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011233322.2
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112327324B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張子靜;岑龍柱;閆茵茵;趙家樂
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58;G01S17/88;G01S7/481
• 代理公司: 哈爾濱市松花江聯(lián)合專利商標代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

雙量子數(shù)OAM光束測量旋轉(zhuǎn)速度和加速度的系統(tǒng)及方法，涉及激光雷達探測領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有只能測量恒定的旋轉(zhuǎn)速度，不能同時測量旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)加速度的問題。激光器發(fā)射出的激光信號依次經(jīng)過單模光纖調(diào)整、雙量子數(shù)軌道角動量調(diào)制模塊、光學(xué)系統(tǒng)準直發(fā)射，最終發(fā)射至待測旋轉(zhuǎn)目標，待測旋轉(zhuǎn)目標將攜帶著橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度信息的光反射回光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)將攜帶著橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度信息的光匯聚至分光器，依次經(jīng)分光器、濾光片、探測器，最終輸出一系列周期性信號，時頻分析信號處理器對一系列周期性信號進行時頻處理，得到一系列中頻頻率，根據(jù)一系列中頻頻率得到待測旋轉(zhuǎn)目標橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度。它用于同時測量速度和加速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于雙量子數(shù)軌道角動量調(diào)制橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度同時測量方法。屬于激光雷達探測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前旋轉(zhuǎn)速度測量的研究大多只能利用光子的軌道角動量OAM橫向多普勒效應(yīng)測量恒定的旋轉(zhuǎn)速度。不能滿足旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)加速度同時測量的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有只能測量恒定的旋轉(zhuǎn)速度，不能同時測量旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)加速度的問題?，F(xiàn)提供雙量子數(shù)OAM光束測量旋轉(zhuǎn)速度和加速度的系統(tǒng)及方法。

雙量子數(shù)OAM光束測量旋轉(zhuǎn)速度和加速度的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括激光器1、單模光纖2、雙量子數(shù)軌道角動量調(diào)制模塊3、分光器4、光學(xué)系統(tǒng)5、濾光片7、探測器8、時頻分析信號處理器9和顯示模塊10，

激光器1發(fā)射出的激光信號經(jīng)過單模光纖2調(diào)整后，照射到雙量子數(shù)軌道角動量調(diào)制模塊3上，經(jīng)雙量子數(shù)軌道角動量調(diào)制模塊3對調(diào)整后的激光信號進行調(diào)制，輸出調(diào)制后的雙量子數(shù)軌道角動量光信號入射至光學(xué)系統(tǒng)5，光學(xué)系統(tǒng)5將調(diào)制后的雙量子數(shù)軌道角動量光信號準直發(fā)射至待測旋轉(zhuǎn)目標6，待測旋轉(zhuǎn)目標6將攜帶著橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度信息的光反射回光學(xué)系統(tǒng)5，光學(xué)系統(tǒng)5將攜帶著橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度信息的光匯聚至分光器4，經(jīng)分光器4輸出的光入射至濾光片7，濾光片7將濾除背景噪聲后的光入射至探測器8，經(jīng)探測器8輸出一系列周期性信號，

時頻分析信號處理器9用于對一系列周期性信號進行滑窗傅里葉變換的時頻處理，得到一系列中頻頻率，

顯示模塊10用于根據(jù)一系列中頻頻率，得到待測旋轉(zhuǎn)目標的橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度。

優(yōu)選地，激光器1為單橫模連續(xù)激光器。

雙量子數(shù)OAM光束測量旋轉(zhuǎn)速度和加速度的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1、激光器1發(fā)射出的激光信號經(jīng)過單模光纖2調(diào)整后，照射到雙量子數(shù)軌道角動量調(diào)制模塊3上，經(jīng)雙量子數(shù)軌道角動量調(diào)制模塊3對調(diào)整后的激光信號進行調(diào)制，輸出調(diào)制后的雙量子數(shù)軌道角動量光信號入射至光學(xué)系統(tǒng)5，光學(xué)系統(tǒng)5將調(diào)制后的雙量子數(shù)軌道角動量光信號準直發(fā)射至待測旋轉(zhuǎn)目標6，待測旋轉(zhuǎn)目標6將攜帶著橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度信息的光反射回光學(xué)系統(tǒng)5，光學(xué)系統(tǒng)5將攜帶著橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度信息的光匯聚至分光器4，經(jīng)分光器4輸出的光入射至濾光片7，濾光片7將濾除背景噪聲后的光入射至探測器8，經(jīng)探測器8輸出一系列周期性信號；

步驟2、采用T時間長度和一系列等時間間隔對一系列周期性信號進行處理，得到多個中頻頻率；

步驟3、根據(jù)中頻頻率與旋轉(zhuǎn)速度和加速度關(guān)系式及多個中頻頻率，得到待測旋轉(zhuǎn)目標的橫向旋轉(zhuǎn)速度和加速度。

優(yōu)選地，步驟2中，得到多個中頻頻率，具體過程為：

步驟21、用T時間長度作為時間窗從一系列周期性信號的起點開始量取T時間長度的信號，對該信號進行傅里葉變換，得到一號中頻頻率IF₁；

步驟22、將步驟21中的時間窗在一系列周期性信號上向后滑動時間間隔Δt，用此時T時間長度量取一系列周期性信號，對此時量取到的信號進行傅里葉變換，得到二號中頻頻率IF₂；