[发明专利]一种使用连续调频激光雷达装置的物体运动速度测量方法

说明书

本发明公开了一种使用连续调频激光雷达装置的物体运动速度测量方法，利用气体吸收池对不同频率的光吸收程度不同，从而根据吸收峰的变化趋势(气体吸收池对频率低的光信号吸收峰短，对频率高的光信号吸收峰长)，可以判断可调谐激光器的频率扫描方向，进一步根据第一测量拍频信号的频谱相对于物体静止时发生的频率偏移方向来判断物体速度方向。通过两个频率扫描方向相反的频率扫描信号，产生两个测量拍频信号，然后用重采样信号同时对两个测量拍频信号重采样以消除调频非线性，最后将两个重采样后的测量拍频信号相乘并低通滤波，根据其频率与速度成正比这一关系解算出速度值，且无需知道物体静止时刻的位置，适用范围较广。

技术领域

本发明涉及调频连续波激光雷达领域，特别涉及一种连续调频激光雷达装置测量物体运动速度的方法。

背景技术

目前常用的一些测量物体运动速度的方法有：迈克尔逊干涉仪、多普勒测速仪、激光测距仪。迈克尔逊干涉仪分别用多普勒效应理论和干涉过程导出频移和干涉条纹变化与反射镜运动速度的关系，进而解算出物体运动速度，然而迈克尔逊干涉仪无法对漫反射目标进行测量，有一定局限性；多普勒测速仪是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到速度，由于是激光测量，对于流场没有干扰，测速范围宽，然而只能进行速度测量，功能较为单一；激光测距仪间隔一定时间来测定物体与观测者的距离来测量速度，一般用于匀速或近似匀速的运动。

发明内容

针对现有测量物体运动速度方法的不足，本发明提出一种使用连续调频激光雷达装置的物体运动速度测量方法，利用同时产生的两个不同频率段的频率扫描信号，获取两个测量拍频信号和两个辅助拍频信号，辅助拍频信号的拍频频率是已知的，利用两个辅助拍频信号产生等光频重采样信号，将等光频重采样过后的两个测量拍频信号进行处理，解算物体的运动速度大小，速度方向根据物体运动产生的多普勒频移相对于物体静止时的频谱偏移方向判断。本发明可用于测量匀速或非匀速物体的运动速度，对漫反射物体也可进行测量，且无需知道物体静止时刻所处的位置。

本发明所采用的技术方案是：一种使用连续调频激光雷达装置的物体运动速度测量方法，利用可调谐激光器、固定激光器、光子晶体光纤、光纤光栅产生不同频率段的频率扫描信号，测量干涉系统产生两个信号的测量拍频信号，辅助干涉系统产生两个信号的辅助拍频信号，将两个辅助拍频信号相乘并高通滤波的结果作为等光频重采样信号，取等光频重采样信号的峰谷值位置点对两个测量拍频信号进行重采样，以消除可调谐激光器调频非线性的影响，将两个重采样后的测量拍频信号相乘并低通滤波得到一个新信号，通过对新信号快速傅里叶变换求得新信号的频率，进一步解算得到物体的运动速度大小；同时，利用气体吸收池对不同频率的光吸收程度不同，从而根据吸收峰的趋势走向，判断可调谐激光器的频率扫描方向，进一步根据测量干涉系统产生的第一测量拍频信号的频谱相对于物体静止时发生的频率偏移方向来判断物体速度方向。

进一步的，一种使用连续调频激光雷达装置的物体运动速度测量方法，具体包括以下步骤：

测距信号的产生：

1-1步骤、可调谐激光器产生频率扫描信号；固定激光器产生固定频率的光信号；将频率扫描信号经过第一分束器分为G路和H路，G路激光进入方向判别系统，固定频率的光信号和H路激光在第一耦合器汇合，依次经过偏振控制器、掺铒光纤放大器，再送入到光子晶体光纤，通过所述光子晶体光纤中的非线性效应产生在频率上与频率扫描信号关于固定激光器频率中心对称的镜像频率扫描信号；光纤光栅的输出包含频率扫描信号以及镜像频率扫描信号；将频率扫描信号和镜像频率扫描信号形成的组合光同时送入测量干涉系统和辅助干涉系统；

1-2步骤、进入方向判别系统的频率扫描信号经过气体吸收池，并通过第一光电探测器探测气体吸收池对可调谐激光器输出的频率扫描信号的吸收峰曲线，形成吸收峰信号；

1-3步骤、测量干涉系统产生第一测量拍频信号和第二测量拍频信号；

1-4步骤、辅助干涉系统产生第一辅助拍频信号和第二辅助拍频信号；