[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

本發明公開了一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統及方法，包括：激光光源、RF源、電光調制器EOM、分束器、光電探測器、ADC與數據采集卡以及數據處理單元；將窄線寬激光在驅動信號作用下產生n階多邊帶調諧激光，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，對拍頻信號進行濾波、單頻信號的相位解析與拼接、頻譜分析、計算有效頻率、計算拍頻頻率和多普勒頻率，以及計算待測物體的距離和速度，提升了測距分辨率、檢測效率以及測量精度，可以實現獲取待測物體的速度、厚度與間隔信息，還有助于實現非線性矯正、強度噪聲抑制和偏振噪聲抑制。

技術領域

本發明涉及激光測距技術領域，更具體的說是涉及一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統及方法。

背景技術

激光雷達技術在車載、測度學、工業測量等領域具有廣泛的應用價值。FMCW調頻連續波激光雷達相對于TOF雷達可以實現更小的輸出功率、更遠距探測、更高測試精度等。

目前，激光雷達測距多利用內調光源作為FMCW的光源，內調光源可以采用分布反饋式DFB激光器、垂直腔面半導體激光器VCSEL、外腔半導體激光器ECLD等。

其中，基于ECLD內調FMCW系統，ECLD具有較寬的調諧范圍，其范圍可達數十nm甚至上百nm，對應的FMCW測距的分辨率為微米至亞微米量級，雖然可以獲得極大的調諧范圍，但是該系統的光源體積較大，且存在較強的調諧非線性，使得系統成本極高且體積龐大，系統方案較為復雜；當采用DFB等激光器時，調諧范圍較小。

而常見的外調FMCW系統，雖然其調諧非線性比內調方案弱，但是其調諧范圍較小，使得其分辨率和精度較低。

因此，如何提供一種高精度外調FMCW激光測距系統及方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統及方法，來提升測距分辨率、檢測效率以及測量精度。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于相位拼接的高精度外調FMCW激光測距系統，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，用于探測拍頻光信號，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。

優選的，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。

優選的，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。