[发明专利]基于微波频域干涉的绝对距离测量装置与方法

说明书

本发明提出一种基于微波频域干涉的绝对距离测量装置与方法，该装置包括宽带微波辐射源模块、频域干涉模块、信号处理模块，其中，宽带微波辐射源模块由ASE光源、窄带滤波器、光电探测器组成。本发明通过采用宽带微波频域干涉技术，克服了传统基于空间‑时域微波测距技术中微波波长、电子元器件响应速率和示波器带宽等因素对测量范围和精度的限制。采用本专利基于微波频域干涉原理测距技术能够利用现有元器件即可实现长量程高精度绝对距离测量，本发明装置具有结构简单、量程长、精度高的优点。

技术领域

本发明属于微波雷达测距领域，具体涉及一种基于微波频域干涉的绝对距离测量装置及方法。

背景技术

微波雷达技术由于实现对处于烟雾、粉尘、等离子体以及非金属材料等内部的目标体进行非接触式测量，因此在工业形变监测、中/短程物位测量、多目标识别、内部探伤等众多军民领域具有广阔的应用前景。

目前，现有的微波测距技术主要通过建立空间-时域映射关系，测量信号随时间的变化计算得到目标距离信息，其主要包括单频微波干涉测距技术、微波多普勒雷达、脉冲微波雷达、调频连续波雷达。其中，单频微波干涉测距技术能够获得目标体的相对位移信息，但由于微波波长基本处于厘米至毫米量级，因此其精准测量范围小于微波波长，在实际应用中无法单独实现绝对距离的精准测量；单频微波多普勒雷达实现静态目标体的绝对距离测量，且其测量精度基本处于厘米到毫米量级，实际应用中具有较大局限；脉冲微波雷达技术原理简单，测量范围较大，但受限于计时模块的精度，其测量精度通常大于厘米量级；关于调频连续波雷达技术，文献《利用微波频域干涉仪无损检测非金属构件内部伤的深度》，宇航计测技术，1989年05期，其采用的辐射源为FMCW微波源，该微波源为扫频辐射源，在一时刻只能出射单一频率微波信号，同时，其干涉信号是在光电探测器中产生，用示波器采集得到的时域干涉信号。调频连续波雷达由于受示波器带宽和扫频微波辐射源的线性度的限制，该技术主要应用于中、近距离测量，其在米级量程范围内的测量精度处于毫米至亚毫米量级，同时，系统结构较为复杂，且需要高线性度的宽带扫频微波辐射源和高带宽示波器，导致其成本较高。

迄今为止，结构简单、长量程、微米级精度的微波绝对距离测量技术依旧是该领域亟待发展的前沿方向之一。基于频域干涉的绝对距离测量技术是近年来发展迅速的高精度距离测量手段之一，其基于空间-频域映射关系，将两束具有光程差的宽频谱信号在频域上形成干涉图样，通过对频域干涉信号进行反演从而获得其携带的空间绝对距离信息。目前，已经发展出基于光波段频域干涉的绝对距离测量技术，其宽谱光信号一般处于1550nm波段附近，可实现亚微米量级的高精度绝对距离测量。但由于光波波长较短，穿透性较差，其对于处于烟雾、粉尘、等离子体以及非金属材料等内部的目标体无法进行直接测量，因而在该类领域的使用受到局限。而受限于宽带微波辐射产生方法及基于微波段频域干涉图样的距离信息解析方法的匮乏，基于微波频域干涉原理的绝对距离测量技术尚未见报道。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在突破上述关键技术瓶颈，提出一种基于微波频域干涉的绝对距离测量装置与方法，本发明测量技术全新、结构简单、量程长、精度高。

本发明具体采用如下技术方案：

一种基于微波频域干涉的绝对距离测量装置，其特点是，该装置包括宽带微波辐射源模块、频域干涉模块、信号处理模块，其中，宽带微波辐射源模块由ASE光源、窄带滤波器、光电探测器组成，其连接关系是：将ASE光源输出端与窄带滤波器输入端连接，窄带滤波器输出端与光电探测器光输入端连接，光电探测器所产生的宽带微波信号由光电探测器输出端通过电缆输出。

进一步，所述频域干涉模块由微波功率分配器，微波发射天线，微波接收天线，可调衰减器，微波功率合成器，频谱分析仪组成，其中，光电探测器的输出端接入微波功率分配器输入端，微波功率分配器的2个输出端分别与可调衰减器和微波发射天线的输入端连接，可调衰减器与微波接收天线的输出端分别与微波功率合成器的2个输入端连接，且微波功率合成器的输出端通过电缆接入频谱分析仪。