[發明專利]一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統及方法

有效

• 申請號: 202210943688.1
• 申請日: 2022-08-08
• 公開（公告）號: CN115356742B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 代冰
• 申請（專利權）人: 深圳市圳陽精密技術有限公司
• 主分類號: G01S17/32
• 分類號: G01S17/32;G01S7/48
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

1.一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統，其特征在于，包括：n階多邊帶調諧激光光源、測試模塊和數據處理模塊，n≥1；

n階多邊帶調諧激光光源包括內調激光光源和電光調制器EOM，測試模塊包括分束器和光電探測器，數據處理模塊包括數據處理單元；

內調激光光源，用于產生窄線寬激光；

電光調制器EOM，用于將窄線寬激光在驅動信號作用下產生按正負對稱分布的n階多邊帶調諧激光，邊帶數量為2n，正負調諧各為n；

分束器，用于將n階多邊帶調諧激光分為測量光路信號與本振光路信號，測量光路信號輻照到待測物體表面產生回波信號，回波信號與本振光路信號形成拍頻光信號；

光電探測器，用于探測拍頻信號，并轉化為電信號；

數據處理模塊，用于對轉化后的拍頻信號通過濾波獲得n個頻率信號，對各個頻率信號進行重采樣，對所得的采樣信號進行相位累加拼接獲得n(n+1)/2倍的拼接信號，還用于對拼接信號進行頻譜分析得到特征頻率，根據特征頻率計算待測物體的距離，還用于根據特征頻率計算拍頻頻率和多普勒頻率，并計算待測物體的距離和速度；

相位累加方程為：

其中，f為待測拍頻頻率，n為邊帶階數，t1、t2、t3、t4...tn-1、tn，分別為各個拍頻頻率用于取樣的間隔；

計算待測物體的距離和速度的過程具體為：

其中，c為光速，T為信號頻率的調制周期，λ₀為光源中心波長，B為信號調制帶寬，R為探測距離，V_r為物體的移動速度，f_B1和f_B2為頻譜分析后的特征頻率。

2.根據權利要求1所述的一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統，其特征在于，n階多邊帶調諧激光光源還包括RF源和射頻功率放大器；

RF源，用于產生電光調制器EOM需要的驅動信號；

射頻功率放大器，用于將RF源的驅動信號放大到合適的幅值。

3.根據權利要求1所述的一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統，其特征在于，測試模塊還包括合束器，用于將測量光路信號的回波信號與本振光路信號合束形成拍頻光信號。

4.根據權利要求1所述的一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統，其特征在于，數據處理模塊還包括ADC與數據采集卡，用于將光電探測器的電信號由模擬信號轉化為數字信號，并存儲用于數據處理單元的數據分析。

5.根據權利要求1所述的一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統，其特征在于，數據處理模塊，還用于當待測物體包括多個發射面時，根據特征頻率解析每個反射面的位置來計算測量待測物體的距離、厚度和間隔。