[发明专利]基于等光频间隔重采样的远距离高精度测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于等光频间隔重采样的远距离高精度测量装置，所述激光发射单元用于输出调频激光，所述测量光纤光路内并联有一延时光纤并产生一个拍频信号，所述参考光纤光路产生另一个拍频信号，所述波长检测光路产生吸收谱信号，数据采集处理单元用于接收采集所述测量光纤光路、参考光纤光路和波长检测光路输出的两个拍频信号和吸收谱信号并计算出测量距离。本发明中，延迟光纤拓展了测量距离，波长检测光路提高了测量结果的精密度，相对于现有的调频连续波实验装置和测距方法，本发明可以在不增加参考光纤长度的情况下实现远距离测量，并且可以使用波长检测光路精确测定实际扫描的波长范围，提高测量的精密度。

技术领域

本发明属于长距离激光测距技术领域，尤其是涉及一种基于等光频间隔重采样的远距离高精度测量装置及方法。

技术背景

激光具有单色性好、相干性强、直线度高等优点广泛应用于科学研究、工业测量等方面。调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)测距是一种绝对测距技术，自上世纪八十年代以来被应用于FMCW激光雷达，其基本原理为：发射波为高频连续波，其频率随时间变化，雷达接收的回波的频率与发射的频率变化规律相同，只是有一个时间差，利用这个微小的时间差可计算出目标距离。基于频率调制的激光雷达，具有更大的调制带宽，理论上可以达到更高的测距精度，逐渐成为了研究热点，但是由于调频激光器的频率调制曲线并非严格线性，对于测距的精度造成了极大地影响。

为了解决调频非线性的问题，现有的办法引入了参考光路以及等光频间隔重采样的方法，这种方法虽然在很大程度上解决了调频非线性导致的误差，但是仍然存在两个问题：1.由于奈奎斯特采样定理，测量光路的测量距离受到参考光路光纤长度的限制，最大测量距离约为参考光路光纤光程的四分之一；2.在测量实验中实际带宽只是截取扫描带宽的一部分，所以实际带宽的起止频率是未知的，导致重复测量中精密度下降。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种利用两路较短光纤实现远距离测量目的并解决测量距离受到参考光纤长度限制、而且通过新增的波长检测光路以实现实际带宽起止频率检测并提高重复测量时精密度的基于等光频间隔重采样的远距离高精度测量装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于等光频间隔重采样的远距离高精度测量装置，其特征在于：包括激光发射单元、测量光纤光路、参考光纤光路、波长检测光路、数据采集处理单元，所述激光发射单元用于输出调频激光，所述测量光纤光路内并联有一延时光纤并产生一个拍频信号，所述参考光纤光路产生另一个拍频信号，所述波长检测光路产生吸收谱信号，数据采集处理单元用于接收采集所述测量光纤光路、参考光纤光路和波长检测光路输出的两个拍频信号和吸收谱信号并计算出测量距离。

再有，所述激光发射单元发射的激光被分为第一路和第二路，第一路进入所述测量光纤光路，第二路被耦合分为第三路和第四路，第三路和第四路分别进入所述参考光纤光路和所述波长检测光路；

所述第一路被分为第五路和第六路，第五路经光环行器的一个通路和透镜照射到待测距目标表面，该待测距目标表面的反射光经光环行器的另一个通路返回并与通过延时光纤的所述第六路耦合处理后输入至所述数据采集处理单元；

所述第四路经过气体吸收池后输入至所述数据采集处理单元。

再有，所述激光被分为和耦合处理均由光纤耦合器完成。

再有，所述激光发射单元包括上位机和可调频激光器，上位机连接可调频激光器的控制端。

再有，所述数据采集出单元包括光电探测器用于接收所述测量光纤光路、参考光纤光路和波长检测光路的输出。

本发明的另一个目的是提供一种如权利要求1或2或3或5所述的基于等光频间隔重采样的远距离高精度测量装置的使用方法，其特征在于：包括采集过程和处理过程，