[發(fā)明專利]一種基于自混合半導(dǎo)體激光器的激光測(cè)距方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110382963.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-09
• 公開（公告）號(hào): CN112965074B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易先林;陳新;張金;何暢;楊睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南國(guó)天電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G01S17/36
• 分類號(hào): G01S17/36;G01S7/48
• 代理公司: 長(zhǎng)沙大珂知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43236
• 代理人: 伍志祥

1.一種基于自混合半導(dǎo)體激光器的激光測(cè)距方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：控制模塊向激光發(fā)射模塊發(fā)出測(cè)量命令，激光二極管收到激光發(fā)射模塊發(fā)出的發(fā)射激光命令后，將所發(fā)射的輻射固有頻率ω₀反饋給控制模塊中的測(cè)距信號(hào)相位差計(jì)算模塊，并發(fā)射激光，所述激光發(fā)射模塊將激光發(fā)射初始時(shí)間點(diǎn)t_start發(fā)送給計(jì)時(shí)模塊；

S2：所述激光經(jīng)目標(biāo)物體反射后原路返回，并被激光發(fā)射腔內(nèi)的光電探測(cè)器接收，光電探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后經(jīng)放大電路模塊和整形電路模塊放大整形，傳輸給激光接收模塊，激光接收模塊將接收到的光返回信號(hào)時(shí)間點(diǎn)t_stop發(fā)送給計(jì)時(shí)模塊，將反射后得到的激光二極管輻射頻率偏差增量Δω傳輸給控制模塊中的測(cè)距信號(hào)相位差計(jì)算模塊；

S3：所述測(cè)距信號(hào)相位差計(jì)算模塊計(jì)算干涉輻射頻率ω(j(t))、輻射功率P(j(t))，并應(yīng)用所述干涉輻射頻率ω(j(t))和輻射功率P(j(t))構(gòu)建對(duì)應(yīng)得到的所述P(j(t))的貝塞爾函數(shù)級(jí)數(shù)展開的譜分量振幅的傅里葉譜S_n的譜諧波振幅計(jì)算相位調(diào)制的幅度σ；

S4：計(jì)時(shí)模塊利用所述S1步驟得到的所述激光發(fā)射初始時(shí)間點(diǎn)t_start和光返回信號(hào)時(shí)間點(diǎn)t_stop計(jì)算通過(guò)激光輻射到物體再返回至所述激光器的時(shí)間τ₀，并傳輸給距離計(jì)算模塊；

S5：距離計(jì)算模塊采用所述S1步驟得到的輻射頻率偏差增量Δω、所述S3步驟的得到的相位調(diào)制幅度σ和所述S4步驟得到的通過(guò)激光輻射到物體再返回至所述激光器的時(shí)間τ₀計(jì)算所述激光器至被測(cè)物體距離L；

S6：顯示模塊顯示被測(cè)物體距離L，結(jié)束測(cè)量；

S7：復(fù)位模塊將所有所述模塊復(fù)位等待下一次測(cè)量命令；

所述S3步驟包括以下步驟：

S31：構(gòu)建自混合激光器輻射功率模型：

P(j(t))＝P₁(j(t))+P₂cos(ω(j(t))τ₀(t))；

其中，所述P₁(j(t))為與被測(cè)物體距離無(wú)關(guān)的激光輻射功率，所述P₂為從所述物體反射至所述激光器的廣播與所述激光器發(fā)射出的激光波干涉的相位功率，所述τ₀(t)為所述激光輻射到所述物體再返回至所述激光器的時(shí)間，所述ω(j(t))為所述半導(dǎo)體激光器的干涉輻射頻率；

S32：所述輻射頻率ω(j(t))和所述功率P₁(j(t))計(jì)算公式如下：

ω(j(t))＝ω₀+Δω·sin(2πv₁t)；

P₁(j(t))＝I₁sin(2πv₁t)；

其中，所述v₁為所述半導(dǎo)體激光器的電流調(diào)制頻率，所述I₁為所述功率P₁(j(t))的電流調(diào)制幅度；

S33：將所述S32步驟得到的所述輻射頻率ω(j(t))與所述P₁(j(t))代入所述步驟S31構(gòu)建的自混合激光器輻射功率模型中，計(jì)算所述半導(dǎo)體激光器輻射功率：

P(j(t))＝I₁sin(2πv₁t)+P₂cos(ω₀τ₀+Δωτ₀sin(2πv₁t))；

S34：用第一類J_n貝塞爾函數(shù)的級(jí)數(shù)分解來(lái)表示自混合信號(hào)的功率P(j(t))：

其中，所述θ為所述半導(dǎo)體激光器的自混合信號(hào)相位，θ＝ω₀τ₀；所述Ω為所述半導(dǎo)體激光器電流調(diào)制的角頻率，Ω＝2πv₁；

S35：列出所述自混合信號(hào)的功率P(j(t))分解系數(shù)為a_n和b_n的傅里葉序列：

S36：根據(jù)所述S34步驟得到的自混合信號(hào)的功率P(j(t))和所述S35步驟得到的所述P(j(t))的傅里葉序列，構(gòu)建對(duì)應(yīng)于所述S34步驟得到的所述P(j(t))的貝塞爾函數(shù)級(jí)數(shù)展開的譜分量振幅的傅里葉譜S_n的譜諧波振幅模型：

引入所述傅里葉譜S_n的傅里葉級(jí)數(shù)分解的奇譜分量模型S_2n+1和偶譜分量S_2n模型：

S37：構(gòu)建除n＝1的情況外的傅里葉譜諧波偶譜分量S_2n模型和傅里葉譜諧波奇譜分量S_2n+1模型：

S_2n＝2cos(θ)·P₂·J_2n(σ)；

S_2n+1＝-2sin(θ)·P₂·J_2n+1(σ)；

S38：采用所述S37步驟構(gòu)建的傅里葉譜諧波偶譜分量S_2n模型，確定傅里葉譜諧波偶譜分量S_2n和分量S_2n+2的第一比值：

S_2n/S_2n+2＝(J_2n(σ))/(J_2n+2(σ))；

采用所述S37步驟構(gòu)建的和傅里葉譜諧波奇譜分量S_2n+1模型，確定傅里葉譜諧波奇譜分量S_2n+1和分量S_2n+3的第二比值：

S_2n+1/S_2n+3＝(J_2n+1(σ))/(J_2n+3(σ))；

利用所述第一比值和第二比值確定相位調(diào)制的幅度σ。