[发明专利]基于光学接收的测速测距装置及测速测距方法

权利要求书

1.一种基于光学接收的测速测距装置，其特征在于，包括由信号发生器(1-1)和发射天线(1-2)构成的信号产生与发射模块(1)，光源模块(2)，由接收天线(3-1)和电光强度调制器(3-2)构成的信号接收与调制模块(3)，光电探测模块(4)、电滤波模块(5)、电模数转换模块(6)、数字信号处理单元(7)和锁相模块(8)；

沿所述的光源模块(2)的光输出方向依次是所述的电光强度调制器(3-2)、光电探测模块(4)、电滤波模块(5)、电模数转换模块(6)和数字信号处理单元(7)，所述的数字信号处理单元(7)的第一输出端与所述的信号发生器(1-1)的控制端相连，所述的数字信号处理单元(7)的第二输出端与所述的光源模块(2)的控制端相连，所述的光源模块(2)的同步输出端与锁相模块(8)的第一端口相连接，该锁相模块(8)的第二端口与所述的电模数转换模块(6)的控制端相连；

信号产生与发射模块(1)和数字信号处理单元(7)根据应用需求，适时地进行测速模式或测距模式的配置：

当进行测速模式配置时，信号发生器(1-1)根据所述的数字信号处理单元(7)的配置产生频率为f₀，周期为T₁的单音信号脉冲序列，条件如下：

或

其中，f₁为光源模块(2)产生光信号的光强时域波形频率，Δf为所述的电滤波模块(5)的带宽；

当进行测距模式配置时，信号发生器(1-1)根据所述的数字信号处理单元(7)的配置产生频率为f₀，周期为T₂的单音信号脉冲序列，T₂大于信号经过系统最大探测距离的往返时间。

2.根据权利要求1所述的基于光学接收的测速测距装置，其特征在于，所述的信号发生器(1-1)在数字信号处理单元(7)的控制下，产生单音脉冲序列并通过所述的发射天线(1-2)向探测区域发射；

所述的接收天线(3-1)接收经过探测目标的回波信号并输入所述的电光强度调制器(3-2)，对所述的光源模块(2)产生的光信号进行调制。

3.根据权利要求1或2所述的基于光学接收的测速测距装置，其特征在于，所述的光源模块(2)在数字信号处理单元(7)的配置下产生的光信号的光强时域外形为可调单音信号与直流信号的叠加。

4.根据权利要求1所述的基于光学接收的测速测距装置，其特征在于，所述的光电探测模块(4)与电滤波模块(5)将调制后的光信号转换为电信号，并完成对电信号的滤波，将滤波信号输入所述的电模数转换模块(6)；

所述的电模数转换模块(6)根据锁相模块(8)输入的时钟信号，在采样时刻对输入信号进行采样及量化，并将数字结果送入数字信号处理单元(7)中。

5.根据权利要求4所述的基于光学接收的测速测距装置，其特征在于所述的电滤波模块(5)是带宽为Δf的低通滤波器。

6.根据权利要求1或4所述的基于光学接收的测速测距装置，其特征在于，所述的数字信号处理单元(7)接收用户指令，分别对信号产生与发射模块(1)和光源模块(2)进行配置。

7.利用权利要求1-6任一所述的基于光学接收的测速测距装置进行测速测距的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

1)信号产生与发射模块(1)和数字信号处理单元(7)根据应用需求，适时地进行测速模式或测距模式的配置：

当进行测速模式配置时，信号发生器(1-1)根据所述的数字信号处理单元(7)的配置产生频率为f₀，周期为T₁的单音信号脉冲序列，条件如下：

或

其中，f₁为光源模块(2)产生光信号的光强时域波形频率，Δf为所述的电滤波模块(5)的带宽；

当进行测距模式配置时，信号发生器(1-1)根据所述的数字信号处理单元(7)的配置产生频率为f₀，周期为T₂的单音信号脉冲序列，T₂大于信号经过系统最大探测距离的往返时间；

产生单音脉冲序列并通过所述的发射天线(1-2)向探测区域发射；

2)接收天线(3-1)接收经过探测目标的回波信号并输入所述的电光强度调制器(3-2)；

3)光源模块(2)在数字信号处理单元(7)的配置下产生光强时域外形为频率为f₁的可调单音信号与直流信号叠加的光信号，并输入所述的电光强度调制器(3-2)，由所述的回波信号进行强度调制，调制后的光信号经光电探测模块(4)转化为电信号后，通过电滤波模块(5)进行滤波；所述的电模数转换模块(6)对电滤波模块(5)输出信号进行采样量化并传输入所述的数字信号处理单元(7)；

4)锁相模块(8)接收所述的光源模块(2)输出的同步信号，为所述的电模数转换模块(6)提供采样时钟，所述的电模数转换模块(6)的采样率为f₁/N，其中N为正整数，且采样时刻与所述的光源模块(2)产生的光信号的时域波形相位锁定；所述的基于光学接收的测速测距装置的频响通带为[f₁-Δf,f₁+Δf]；

5)数字信号处理单元(7)根据应用需求，适时地工作于测速模式或测距模式；

当工作在测速模式时，所述的数字信号处理单元(7)对采样得到的数字信号进行频谱分析，计算得到回波信号的频率与发射的单音信号脉冲序列频率f₀之间的频差δf，进而求得待测目标的速度其中，c为传输介质中的光速；所述的待测目标的速度测量范围为：

当工作在测距模式时，所述的数字信号处理单元(7)记录信号发生器(1-1)输出信号的时刻，并根据采样得到的数字信号判断出接收到回波信号的时刻，得到脉冲信号发射到接收回波的时间间隔为δt，计算出待测目标的距离为所述的待测目标的距离测量范围为：