[发明专利]基于激光载波调制的相位测距装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于激光载波调制的相位测距方法和装置。对发射信号进行正弦相位调制，对接收信号进行相干解调，利用I、Q两路信号解出中频信号的相位，再利用得到的相位信号计算目标速度和距离。从而实现测速测距。本发明具有调制解调方式简单，能同时实现测速和测距的优点。

技术领域

本发明涉及激光测距领域，特别是一种基于激光载波相位调制的相位测距的方法及应用该方法的装置。

背景技术

现有激光测距技术中采用连续波的方案主要有基于调频连续波(FMCW)的测距方式和基于幅度调制的方式。FMCW技术中对发射激光采用啁啾调制，回波信号和本振信号相干解调，得到和距离有关的单频信号，信号的频率和目标距离成正比。FMCW技术优势在于激光器工作在宽脉宽、低峰值功率状态下，可大大提高脉冲重复探测频率，提高空间分辨率，但是FMCW技术中调制比较复杂。基于幅度调制的相位测距技术中，对发射的激光进行幅度调制，通过测量回波信号和发射信号的相位差来获得目标的距离信息。由于测相精度很高，该技术的测距精度很高。由于采用幅度调制和直探方式，基于幅度调制的相位测距技术适合中距离测距，只能对静态目标测距，不能获得目标的速度信息。

发明内容

基于上述问题点，本发明提出一种基于激光载波相位调制的相位测距的方法。对发射信号进行正弦相位调制，对接收信号相干解调，利用I、Q两路信号解出中频信号的相位，再利用得到的相位信号计算目标速度和距离信号，从而实现测速测距。相比于FMCW技术该技术调制解调方式简单，且能同时实现测速和测距。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于激光载波调制的相位测距装置，包括激光光源、光纤分束器、电光调制器、环形器收发望远镜、主振信号源、2×490°光学桥接器、第一平衡探测器、第二平衡探测器、模数转换器、数字信号处理单元。

所述的激光光源的输出端与所述的光纤分束器的输入端相连，所述光纤分束器的第一输出端和电光调制器的第一输入端相连第二输出端和2×490°光学桥接器的第一输入端相连。所述的电光调制器的输出端和环形器的输入端相连，所述的环形器的输入/输出端和收发望远镜相连。所述的环形器输出端和2×490°光学桥接器相连，所述的主振信号源的输出分成两路，一路连接到电光调制器的第二输入端，另一路连接到模数转换器的第一输入端，所述的2×490°光学桥接器的第一输出端和第二输出端连接到第一平衡探测器，的第三输出端和第四输出端连接到第二平衡探测器，所述的第一平衡探测器和模数转换器的第二输入端相连，所述的第二平衡探测器和模数转换器的第三输入端相连。所述的模数转换器和数字信号处理单元相连。

所述的激光光源产生的激光经过分束器分成两束，一路进入到所述的电光调制器利用所述的主振信号源产生的射频信号进行相位调制，被调制的激光经过相位调制后，经过所述的环形器，再通过所述收发望远镜发射到目标面，望远镜接收到目标的回波再通过所述收发望远镜耦合到光纤中，通过所述环形器输入到所述的2×490°光学桥接器中，从桥接器中输出四路相差90°的信号，输出的四路相位为0°、180°和90°、270°分别输入到两路探测器中通过两个探测器分别输出I、Q两路信号，输出的I、Q两路信号输入到所述的数模转换器中，将采集到的信号再通过所述的数字信号处理单元来计算速度和距离。

所述的基于激光载波调制的相位测距装置，其特征在于所述的激光光源波长为1550nm的激光器。

所述的基于激光载波调制的相位测距装置，其特征在于所述的该主振信号源(6)输出的信号为正弦信号。

利用所述的基于激光载波调制的相位测距装置，实现相位测距的方法，该方法包括如下步骤：