[发明专利]一种长距离高精度测距系统及测距方法

权利要求书

1.一种长距离高精度测距系统，其特征在于，包含：飞秒激光测距光路和多路同步相位测量与距离解算电路；

所述飞秒激光测距光路包含：调制光源和迈克尔逊型干涉仪，所述光源是经过光纤电光调制器调制的飞秒激光脉冲，所述迈克尔逊型干涉仪作为测距光路，分别获得参考光路的参考信号和测量光路的测量信号；

所述多路同步相位测量与距离解算电路获取测量信号和参考信号之间的相位差，并进行多路测距数据融合与距离解算。

2.如权利要求1所述的长距离高精度测距系统，其特征在于，所述调制光源中，飞秒激光器作为初始光源，原子钟作为参考频率基准，所述原子钟的一路信号经重频稳定模块锁定飞秒激光器的重复频率，所述原子钟的另一路信号经频率综合器产生频率为f_m的调制信号来驱动光纤电光调制器。

3.如权利要求2所述的长距离高精度测距系统，其特征在于，所述测距光路中，经光纤电光调制器调制的飞秒激光脉冲经过偏振分束器后分成两束相互垂直的线偏光，一束线偏光作为参考光进入参考光电探测器转换为参考信号，另一束线偏光通过1/4波片变成圆偏光，进入扩束系统，入射到零点位置或目标靶球后原路返回，作为测量光反向进入扩束系统缩束，再经1/4波片变成与原偏振方向垂直的线偏光进入测量光电探测器转换为测量信号。

4.如权利要求3所述的长距离高精度测距系统，其特征在于，所述测距光路中，所述扩束系统包含凹面镜和凸面镜。

5.如权利要求4所述的长距离高精度测距系统，其特征在于，所述零点位置包含置于线性平移台的反射镜，所述零点位置位于所述扩束系统和所述目标靶球之间。

6.如权利要求5所述的长距离高精度测距系统，其特征在于，所述多路同步相位测量与距离解算电路包含：分别连接所述参考光电探测器输出端和所述测量光电探测器输出端的采样变换电路，以及分别连接所述采样变换电路输出端的信号处理和距离解算电路；所述采样变换电路对参考信号或测量信号进行高速模拟数字采样，并进行傅里叶变换，获取相位信息；所述信号处理和距离解算电路利用参考信号和测量信号的相位差进行多路测距数据融合与距离解算。

7.一种基于如权利要求1-6中任意一项所述的长距离高精度测距系统而实现的长距离高精度测距方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S1、搭建长距离高精度测距系统，通过光纤电光调制器调制飞秒激光脉冲，获取低频信号f_m、基频信号f_r和高次谐波信号Nf_r；

步骤S2、将零点位置反射镜移入飞秒激光测距光路的测量光路，测量光入射到零点位置反射镜，多路同步相位测量与距离解算电路获取参考光路光电转换后的低频信号f_m、基频信号f_r和高次谐波信号Nf_r与测量光路光电转换后的低频信号f_m、基频信号f_r和高次谐波信号Nf_r之间的相位差，并进行多路测距数据融合与距离解算，得到零点距离D₀；

步骤S3、将零点位置反射镜移出飞秒激光测距光路的测量光路，测量光入射到目标靶球，多路同步相位测量与距离解算电路以与步骤S2的相同方式获取参考光路的低频信号f_m、基频信号f_r和高次谐波信号Nf_r与测量光路光电转换后的低频信号f_m、基频信号f_r和高次谐波信号Nf_r之间的相位差，并进行多路测距数据融合与距离解算，得到目标距离D_m；

步骤S4、多路同步相位测量与距离解算电路得到绝对距离值D_abs＝D_m-D₀。