基于双边带调制的激光测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双边带调制的激光测量方法，用于同时测量待测物体的距离和速度信息。将线性调频微波信号调制于光载波上，产生载波抑制的双边带调制光信号；然后以所产生的双边带调制光信号作为探测光向待测物体发射；将回波信号与本振光信号进行拍频，得到同时包含回波信号的延时信息和多普勒频移信息的电信号，本振光信号为从所述光载波或双边带调制光信号中分束得到；最后从电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息，并依据延时信息获得待测物体的距离信息，依据多普勒频移信息获得待测物体的速度信息。本发明专利技术还公开了一种基于双边带调制的激光测量装置。本发明专利技术可同时实现对待测物体的距离信息、速度信息进行实时准确地测量。

Laser measurement method and device based on bilateral band modulation

The invention discloses a laser measurement method based on a bilateral band modulation, which is used to simultaneously measure the distance and velocity information of the object to be measured. The linear frequency modulated microwave signal modulated on optical carrier and produce double sideband modulation optical signal carrier suppression; then to produce double sideband modulated optical signal to the object to be measured as the detection light emission; echo signal and the local oscillator signal optical beat frequency, also including the echo signal delay and Doppler frequency of telecommunication information transfer information, the local light signal from the optical carrier or double sideband modulation in the optical signal splitter; finally, electrical signals from the extracted signal delay and Doppler shift frequency information, and based on the delay information obtained measured the distance information of the object, according to the Doppler frequency shift information to be measured the speed of the object information. The invention also discloses a laser measuring device based on a bilateral band modulation. The invention can simultaneously and accurately measure the distance information and speed information of the object measured at the same time.

【技术实现步骤摘要】
基于双边带调制的激光测量方法及装置
本专利技术涉及一种基于双边带调制的激光测量方法，用于同时测量待测物体的距离和速度信息。
技术介绍
激光测距和激光测速是激光技术的重要应用。激光具有的高相干性、方向性、单色性等优点，可以实现远距离、高精度的测距功能。同时，运动物体的反射光会引入多普勒频移，通过测量多普勒频移即可实现激光测速。目前，激光测距测速系统主要两种体制。第一种采用激光脉冲作为探测光，通过测量激光脉冲的飞行时间获取待测物体的位置信息。此类方法测距精度受限于脉冲宽度，测速则需要引入另外一套多普勒频移测量系统。第二种则采用调制连续光作为探测光，通过探测回波的调制信息获得待测物体的距离和速度信息。其中，频率调制是一种常用的调制方式，一般地，在激光测距测速系统中，发射端采用扫频信号调制探测光，接收端采用相干探测的方法测量回波的瞬时频率。最后，通过瞬时频率可以获得待测物体的距离和速度信息。典型的频率调制方案包括锯齿波形和三角波波形两种，前者将探测得到的微波信号与本振微波信号进行混频去斜，可以获得一个正比于激光回波延时的差频信号，通过回波延时可以确定物体距离信息。但是该方案中多普勒频移会叠加在差频信号中，难以剔除，不但造成测距误差，更限制了其在激光测速中的应用。后者探测器所得信号与本振信号混频后，三角形调频信号的升频与降频部分产生两个不同的差频信号，两个信号的频率之和正比于激光回波延时，之差正比于多普勒频移。因此，三角形频率调制可以同时实现激光测距与测速。然而该方案的缺点在于：两个不同的差频信号分别出于不同的时间段，不仅需要在采集信号后进行计算，更无法实现真正意义上的实时测量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于双边带调制的激光测量方法及装置，可同时实现对待测物体的距离信息、速度信息进行实时准确地测量。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于双边带调制的激光测量方法，用于同时测量待测物体的距离和速度信息；首先将线性调频微波信号调制于光载波上，产生载波抑制的双边带调制光信号；然后以所产生的载波抑制的双边带调制光信号作为探测光向待测物体发射；将待测物体所反射的回波信号与本振光信号进行拍频，得到同时包含回波信号的延时信息和多普勒频移信息的电信号，所述本振光信号为从所述光载波或双边带调制光信号中分束得到；最后从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息，并依据所述延时信息获得待测物体的距离信息，依据所述多普勒频移信息获得待测物体的速度信息。作为本专利技术的一个优选技术方案，所述本振光信号为从所述光载波中分束得到；具体按照以下方法从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息：利用从所述线性调频微波信号中分束得到的本振微波信号作为参考，通过电混频器对所述电信号进行去啁啾处理，获得两个不同的啁啾差频信号以及这两个啁啾差频信号的和频信号、差频信号；然后从所述和频信号中提取出回波信号的延时信息，从所述差频信号中提取出回波信号的多普勒频移信息。作为本专利技术的又一优选方案，所述本振光信号为从所述载波抑制的双边带调制光信号中分束得到；具体按照以下方法从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息：对所述电信号进行自混频，产生所述电信号的两个单频成分的和频信号、差频信号；然后从所述和频信号中提取出回波信号的延时信息，从所述差频信号中提取出回波信号的多普勒频移信息。优选地，所述线性调频微波信号为锯齿形波形。基于相同专利技术思路还可以得到以下技术方案：一种基于双边带调制的激光测量装置，用于同时测量待测物体的距离和速度信息；该装置包括：双边带调制单元，用于将线性调频微波信号调制于光载波上，产生载波抑制的双边带调制光信号；发射单元，用于以双边带调制单元所产生的载波抑制的双边带调制光信号作为探测光向待测物体发射；接收单元，用于接收待测物体所反射的回波信号；光电探测单元，用于将待测物体所反射的回波信号与本振光信号进行拍频，得到同时包含回波信号的延时信息和多普勒频移信息的电信号，所述本振光信号为从所述光载波或双边带调制光信号中分束得到；信息提取单元，用于从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息，并依据所述延时信息获得待测物体的距离信息，依据所述多普勒频移信息获得待测物体的速度信息。作为其中一个优选方案，所述本振光信号为从所述光载波中分束得到；所述信息提取单元包括：电混频器，用于以从所述线性调频微波信号中分束得到的本振微波信号作为参考，对所述电信号进行去啁啾处理，获得两个不同的啁啾差频信号以及这两个啁啾差频信号的和频信号、差频信号；频率测量与数据处理模块，用于从所述和频信号中提取出回波信号的延时信息，从所述差频信号中提取出回波信号的多普勒频移信息，并依据所述延时信息获得待测物体的距离信息，依据所述多普勒频移信息获得待测物体的速度信息。作为其中另一优选方案，所述本振光信号为从所述载波抑制的双边带调制光信号中分束得到；所述信息提取单元包括：电混频器，用于对所述电信号进行自混频，产生所述电信号的两个单频成分的和频信号、差频信号；频率测量与数据处理模块，用于从所述和频信号中提取出回波信号的延时信息，从所述差频信号中提取出回波信号的多普勒频移信息，并依据所述延时信息获得待测物体的距离信息，依据所述多普勒频移信息获得待测物体的速度信息。优选地，所述线性调频微波信号为锯齿形波形。进一步地，所述发射单元和接收单元共用一套光束准直系统，并利用光环行器实现探测光和回波信号的分离。相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术针对现有调制连续光激光测距测速方法的不足，利用线性调频微波信号调制于光载波上所产生的载波抑制的双边带调制光信号作为探测光；由于探测光是双边带调制信号，则可以同时产生正负两条边带；又由于采用线性调频微波信号作为调制信号，则被调制的光信号的两条边带具有相反的啁啾方向和瞬时频率偏移，可产生类似于三角形频率调制中的两个不同的啁啾差频信号，不同的是，这里的两个啁啾差频信号同时出现，因此可以通过自混频获得它们的和频与差频信号。该和频与差频信号分别带有回波信号的延时信息和多普勒频移信息，最终通过它们获取待测物体的实时的距离和速度信息。附图说明图1为本专利技术的基本原理示意图；图2为本专利技术激光测量装置的一个优选实施例的结构示意图；图3为本专利技术激光测量装置的另一个优选实施例的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明：本专利技术针对现有调制连续光激光测距测速方法的不足，利用线性调频微波信号调制产生的载波抑制双边带调制光信号作为探测光；由于调制输出光信号的两条边带具有相反的啁啾方向和瞬时频率偏移，因此可获得两个不同的啁啾差频信号，进而可通过混频获得分别带有回波信号的延时信息和多普勒频移信息的和频与差频信号，最终获取待测物体的实时的距离和速度信息。具体地，本专利技术激光测量方法首先将线性调频微波信号调制于光载波上，产生载波抑制的双边带调制光信号；然后以所产生的载波抑制的双边带调制光信号作为探测光向待测物体发射；将待测物体所反射的回波信号与本振光信号进行拍频，得到同时包含回波信号的延时信息和多普勒频移信息的电信号；最后从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双边带调制的激光测量方法，用于同时测量待测物体的距离和速度信息；其特征在于，首先将线性调频微波信号调制于光载波上，产生载波抑制的双边带调制光信号；然后以所产生的载波抑制的双边带调制光信号作为探测光向待测物体发射；将待测物体所反射的回波信号与本振光信号进行拍频，得到同时包含回波信号的延时信息和多普勒频移信息的电信号，所述本振光信号为从所述光载波或双边带调制光信号中分束得到；最后从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息，并依据所述延时信息获得待测物体的距离信息，依据所述多普勒频移信息获得待测物体的速度信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于双边带调制的激光测量方法，用于同时测量待测物体的距离和速度信息；其特征在于，首先将线性调频微波信号调制于光载波上，产生载波抑制的双边带调制光信号；然后以所产生的载波抑制的双边带调制光信号作为探测光向待测物体发射；将待测物体所反射的回波信号与本振光信号进行拍频，得到同时包含回波信号的延时信息和多普勒频移信息的电信号，所述本振光信号为从所述光载波或双边带调制光信号中分束得到；最后从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息，并依据所述延时信息获得待测物体的距离信息，依据所述多普勒频移信息获得待测物体的速度信息。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述本振光信号为从所述光载波中分束得到；具体按照以下方法从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息：利用从所述线性调频微波信号中分束得到的本振微波信号作为参考，通过电混频器对所述电信号进行去啁啾处理，获得两个不同的啁啾差频信号以及这两个啁啾差频信号的和频信号、差频信号；然后从所述和频信号中提取出回波信号的延时信息，从所述差频信号中提取出回波信号的多普勒频移信息。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述本振光信号为从所述载波抑制的双边带调制光信号中分束得到；具体按照以下方法从所述电信号中提取出回波信号的延时信息和多普勒频移信息：对所述电信号进行自混频，产生所述电信号的两个单频成分的和频信号、差频信号；然后从所述和频信号中提取出回波信号的延时信息，从所述差频信号中提取出回波信号的多普勒频移信息。4.如权利要求1～3任一项所述方法，其特征在于，所述线性调频微波信号为锯齿形波形。5.一种基于双边带调制的激光测量装置，用于同时测量待测物体的距离和速度信息；其特征在于，该装置包括：双边带调制单元，用于将线性调频微波信号调制于光载波上，产生载波抑制的双边带调制光信号；发射单元，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐忠扬，潘时龙，唐良尊，张洪祥，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32