[发明专利]一种频率扫描干涉绝对测距系统的振动补偿方法

权利要求书

1.一种频率扫描干涉绝对测距系统的振动补偿方法，其特征在于，利用单频激光器、可调谐激光器、两个声光调制器、若干耦合器、光环形器、准直透镜、压电位移台、目标镜、粗波分复用器得到两个含有多普勒频移信息的测量拍频信号，两个所述测量拍频信号包含了待测目标镜的振动信息；利用可调谐激光器、延时光纤得到辅助拍频信号；采用所述辅助拍频信号消除可调谐激光器调频非线性对两个所述测量拍频信号产生的影响后，对两个所述测量拍频信号进行处理，消除振动对频率扫描干涉绝对测距系统的影响,计算得出消除振动影响的距离值；具体包括以下步骤：

测距信号的产生：

1-1步骤、单频激光器产生单频信号，可调谐激光器产生频率扫描信号；所述单频信号经过第一分束器分为A路和B路，所述频率扫描信号经过第二分束器分为C路和D路，A路、B路、C路进入测量干涉系统，D路进入辅助干涉系统；

1-2步骤、测量干涉系统中：A路信号经过第二声光调制器达到第一耦合器，C路信号经过第三分束器分为E路和F路，E路信号与A路信号在第一耦合器耦合并送入光环形器；所述光环形器采用带有第一、第二、第三端口，用来将光循环地从第一端口传输到第二端口，从第二端口传输到第三端口的3端口光环形器，所述光环形器的第一端口与所述第一耦合器的输出相连接，第二端口与准直透镜相连接，第三端口连接至第三耦合器的一个输入端；B路信号经过第一声光调制器达到第二耦合器，F路信号与B路信号在第二耦合器耦合并送入第三耦合器的另一个输入端；所述A路与E路激光经过第一耦合器、光环形器、准直透镜，经目标镜反射后，原路返回进入所述光环形器，再进入所述第三耦合器的一个输入端，其中A路激光与B路激光在第三耦合器汇合并发生干涉，E路激光与F路激光在第三耦合器汇合并发生干涉，由于来自单频激光器的A路激光、B路激光与来自可调谐激光器的E路激光、F路激光为两个频率段的激光信号，采用粗波分复用器将两个频率段的激光信号分开，A路激光与B路激光在第一光电探测器上形成第一测量拍频信号，E路激光与F路激光在第二光电探测器上形成第二测量拍频信号；

1-3步骤、辅助干涉系统中：D路信号经过第四分束器分为G路和H路，G路激光经过长度恒定且已知光程差的延时光纤后进入第四耦合器，G路激光与H路激光在第四耦合器汇合并发生干涉，第四耦合器的输出端连接至第三光电探测器，G路激光与H路激光在第三光电探测器上形成辅助拍频信号；

其中，A路和B路形成了一路测量干涉光路、E路和F路形成了另一路测量干涉光路，G路和H路形成了参考干涉光路；

同步数据采集：

同步数据采集系统对测量干涉系统产生的第一测量拍频信号和第二测量拍频信号以及辅助干涉系统产生的辅助拍频信号进行同步采样，步骤如下：

2-1、同步数据采集系统的初始化，设置采样时间t_s、采样频率f_s；

2-2、数据采集，采集过程中对同步数据采集系统采集到第一测量拍频信号、第二测量拍频信号和辅助拍频信号进行错误检测判断，如果没有错误则进行下一步骤，否则重新执行2-2步骤；

数据处理：

目前使用的可调谐激光器输出的光频率并非完全线性调制，当输出的光频率并非完全线性调制时，测量拍频信号会发生严重的展宽现象，从而导致极大的测量误差，因此，采用辅助干涉系统消除测量干涉系统的调频非线性的影响，具体包括以下步骤：

3-1步骤、将经过同步数据采集系统的辅助拍频信号作为时钟信号，对第一测量拍频信号和第二测量拍频信号同时进行等光频重采样；

3-2步骤、对于运动物体，A路激光和B路激光将产生干涉，由于第一测量拍频信号和第二测量拍频信号均含有物体的运动信息，故将等光频重采样过后的第一测量拍频信号和第二测量拍频信号相乘得到新信号，新信号包含两个余弦项，其中一个频率中包含多普勒频移的余弦项为干扰项，另一个频率中不包含多普勒频移的余弦项为所需项；利用快速傅里叶变换或chirp-z变换求得所需项的频率，根据所需项的频率求得待测真实距离值。