[发明专利]基于双边带调制的激光测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于双边带调制的激光测量方法，用于同时测量待测物体的距离和速度信息。将线性调频微波信号调制于光载波上，产生载波抑制的双边带调制光信号；然后以所产生的双边带调制光信号作为探测光向待测物体发射；将回波信号与本振光信号进行拍频，得到同时包含回波信号的延时信息和多普勒频移信息的电信号，本振光信号为从所述光载波或双边带调制光信号中分束得到；最后从电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息，并依据延时信息获得待测物体的距离信息，依据多普勒频移信息获得待测物体的速度信息。本发明还公开了一种基于双边带调制的激光测量装置。本发明可同时实现对待测物体的距离信息、速度信息进行实时准确地测量。

技术领域

本发明涉及一种基于双边带调制的激光测量方法，用于同时测量待测物体的距离和速度信息。

背景技术

激光测距和激光测速是激光技术的重要应用。激光具有的高相干性、方向性、单色性等优点，可以实现远距离、高精度的测距功能。同时，运动物体的反射光会引入多普勒频移，通过测量多普勒频移即可实现激光测速。

目前，激光测距测速系统主要两种体制。第一种采用激光脉冲作为探测光，通过测量激光脉冲的飞行时间获取待测物体的位置信息。此类方法测距精度受限于脉冲宽度，测速则需要引入另外一套多普勒频移测量系统。第二种则采用调制连续光作为探测光，通过探测回波的调制信息获得待测物体的距离和速度信息。其中，频率调制是一种常用的调制方式，一般地，在激光测距测速系统中，发射端采用扫频信号调制探测光，接收端采用相干探测的方法测量回波的瞬时频率。最后，通过瞬时频率可以获得待测物体的距离和速度信息。典型的频率调制方案包括锯齿波形和三角波波形两种，前者将探测得到的微波信号与本振微波信号进行混频去斜，可以获得一个正比于激光回波延时的差频信号，通过回波延时可以确定物体距离信息。但是该方案中多普勒频移会叠加在差频信号中，难以剔除，不但造成测距误差，更限制了其在激光测速中的应用。后者探测器所得信号与本振信号混频后，三角形调频信号的升频与降频部分产生两个不同的差频信号，两个信号的频率之和正比于激光回波延时，之差正比于多普勒频移。因此，三角形频率调制可以同时实现激光测距与测速。然而该方案的缺点在于：两个不同的差频信号分别出于不同的时间段，不仅需要在采集信号后进行计算，更无法实现真正意义上的实时测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于双边带调制的激光测量方法及装置，可同时实现对待测物体的距离信息、速度信息进行实时准确地测量。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于双边带调制的激光测量方法，用于同时测量待测物体的距离和速度信息；首先将线性调频微波信号调制于光载波上，产生载波抑制的双边带调制光信号；然后以所产生的载波抑制的双边带调制光信号作为探测光向待测物体发射；将待测物体所反射的回波信号与本振光信号进行拍频，得到同时包含回波信号的延时信息和多普勒频移信息的电信号，所述本振光信号为从所述光载波或双边带调制光信号中分束得到；最后从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息，并依据所述延时信息获得待测物体的距离信息，依据所述多普勒频移信息获得待测物体的速度信息。

作为本发明的一个优选技术方案，所述本振光信号为从所述光载波中分束得到；具体按照以下方法从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息：利用从所述线性调频微波信号中分束得到的本振微波信号作为参考，通过电混频器对所述电信号进行去啁啾处理，获得两个不同的啁啾差频信号以及这两个啁啾差频信号的和频信号、差频信号；然后从所述和频信号中提取出回波信号的延时信息，从所述差频信号中提取出回波信号的多普勒频移信息。

作为本发明的又一优选方案，所述本振光信号为从所述载波抑制的双边带调制光信号中分束得到；具体按照以下方法从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息：对所述电信号进行自混频，产生所述电信号的两个单频成分的和频信号、差频信号；然后从所述和频信号中提取出回波信号的延时信息，从所述差频信号中提取出回波信号的多普勒频移信息。