扫频干涉测距信号处理方法技术

一种扫频干涉测距信号处理方法，属于测距信号处理技术领域。本发明专利技术针对现有激光调谐非线性的校正方法需使用CZT运算完成频谱的细化，计算量巨大的问题。包括：对测量信号x(n)和辅助干涉信号的相位信号phase_aux进行一次信号峰值的滤波：设置n＝M/2

【技术实现步骤摘要】
扫频干涉测距信号处理方法
本专利技术涉及扫频干涉测距信号处理方法，属于测距信号处理

技术介绍
激光扫频干涉在航天航空、生物医学、高精密检测设备、生物计算学等诸多领域有着广泛的应用。激光扫频干涉的测距精度和距离分辨力与很多因素有关。其中，最重要的一个因素就是频率的精确度和稳定度。激光器的扫频带宽直接影响测量精度，而扫频速度也会直接决定系统的测量速度。在采样率一定的条件下，当激光器以更高速度和带宽进行扫频时，其拍频频率与被测距离成正比，相应的在频谱图上会形成更精密峰值，通过测量峰值处频率，可以解算出目标的距离。激光器扫频干涉的测距精度会受到两个因素的影响：调频非线性和目标振动。其中目标振动可以通过双激光器大带宽反向啁啾同步扫频干涉测量，消除多普勒效应引起的动态误差。但是，在激光器的扫频过程中，扫频速率并不能保持为一个恒定的量，而是会随着时间发生规律的波动。激光器扫频的非线性导致目标的距离谱发生展宽，进而无法准确提取目标对应频率，影响激光雷达对目标的探测识别。消除非线性的办法主要采用锁相环控制，但目前无法对激光器实现全调频范围的非线性校正。目前，借助辅助干涉仪进行激光调谐非线性的校正方案结构简单，容易实现。但为了提高测距精度，现有方法在经过重采样后，仅采用简单的FFT运算并不能满足距离的高精度解算，而是需要使用线性调频z变换(CZT)运算完成频谱的细化，细化过程存在计算量巨大的缺陷，这成为了影响运算效率的最大障碍。
技术实现思路
针对现有激光调谐非线性的校正方法为了完成高精度的距离解算，需使用CZT运算完成频谱的细化，计算量巨大的问题，本专利技术提供一种扫频干涉测距信号处理方法。本专利技术的一种扫频干涉测距信号处理方法，包括，对辅助干涉仪输出的辅助干涉信号进行处理，得到用于消除非线性的频谱分析正交基；由测量干涉仪输出的测量信号与所述正交基计算获得测距信号的距离谱X(n)：X(n)＝|∑[x(n)·et(n)×phase_aux]|，(1)式中n为细分倍数，x(n)是测量信号，t(n)×phase_aux为正交基，其中phase_aux是辅助干涉信号的相位信号，t(n)为细分时间常数；对测量信号x(n)和辅助干涉信号的相位信号phase_aux进行一次信号峰值的滤波：设置n＝M/2q，式中M为依据测量指标确定的最终细分倍数；q为频谱峰值索引总次数；n为初始细分倍数；将测量信号x(n)和辅助干涉信号的相位信号phase_aux在频谱范围[f01，f02]内分割为n份，其中f01为细分范围的起点，f02为细分范围的终点，获得第一次频谱峰值索引f1；接下来采取二分逼近的方式对测量信号x(n)和辅助干涉信号的相位信号phase_aux再进行信号峰值的滤波，在[f1-2q-1，f1+2q-1]范围内设置n＝2，获得第二次频谱峰值索引f2；在[f2-2q-2，f2+2q-2]范围内设置n＝2，获得第三次频谱峰值索引f3......，直至获得第q次频谱峰值索引fq，完成测距信号x(n)和辅助干涉信号的相位信号phase_aux在频谱范围内的M倍细分；对所有频谱峰值索引按照公式(1)解算获得测距信号对应的目标距离。根据本专利技术的扫频干涉测距信号处理方法，频谱峰值索引总次数q根据M确定。根据本专利技术的扫频干涉测距信号处理方法，所述频谱峰值索引总次数q的取值为5、6、7或8。根据本专利技术的扫频干涉测距信号处理方法，根据最终细分倍数M与初始细分倍数n的关系：n＝M/2q，确定频谱峰值索引总次数q。根据本专利技术的扫频干涉测距信号处理方法，所述频谱分析正交基的获得方法包括：使扫频激光器的出射光通过辅助干涉仪，对辅助干涉仪输出的辅助干涉信号进行希尔伯特变换，得到辅助干涉信号的相位信号phase_aux，由辅助干涉信号的相位信号phase_aux计算获得频谱分析正交基。根据本专利技术的扫频干涉测距信号处理方法，所述扫频激光器的出射光经95:5耦合器分束后，其中一束经一号3db耦合器传送至辅助干涉仪，辅助干涉仪输出的信号再经二号3db耦合器后，由探测器进行光电探测，获得辅助干涉信号。根据本专利技术的扫频干涉测距信号处理方法，由测量干涉仪测量获得测量信号x(n)。根据本专利技术的扫频干涉测距信号处理方法，所述测量干涉仪包括99:1耦合器、偏振分束器、三号3db耦合器、聚集系统、四分之一波片和平衡探测器，所述扫频激光器的出射光经95:5耦合器分束后，其中另一束经99:1耦合器分束获得两束光；其中一束作为探测光经偏振分束器处理后入射至聚集系统，另一束作为本振光入射至三号3db耦合器；聚集系统对入射光束聚焦后再经过四分之一波片入射至测距目标；经测距目标反射后的光再经过四分之一波片和聚集系统聚焦以及偏振分束器处理后，入射至三号3db耦合器，三号3db耦合器对接收的两束光进行合束并传递至平衡探测器进行光电探测，获得测量信号x(n)。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种激光扫频干涉测距信号的快速处理方法。它采用基于正交基替代的二分逼近高精度谱分析快速处理方法对测距信号进行处理，基于此方法既可以实现对激光调谐非线性的校正，又能够保留CZT频谱分辨率高的优点，同时又极大程度的减少了频谱分析过程中巨大的运算量，实现了对测距信号全调频范围的快速数据处理。附图说明图1是本专利技术方法中的辅助干涉信号和测量信号的获取系统示意图；图2是具体实施例中，采用现有方法对采集到的数据进行频谱分析的距离解算结果示意图；图3是具体实施例中，采用本专利技术方法对采集到的数据进行频谱分析的距离解算结果示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。具体实施方式一、结合图1所示，本专利技术提供了一种扫频干涉测距信号处理方法，包括，首先，激光扫频测距采用锯齿波调频方式对可调激光器进行调频，测量路信号与参考路信号在平衡探测器上形成的拍频信号i(t)可表示为：i(t)∝(PTPRηH)1/2cos(2πfIFt+φ0)，式中PT为测量光路的光强，PR为参考光路的光强，ηH为外差效率，fIF为拍频频率，为采样间隔；被测距离RT的计算公式为：式中Tm为测量路群时延，c为光速，Ω为扫频带宽。可以看出，测距精度可通过提高拍信号谱分析精度实现。传统的提高谱分析精度的方法主要是基于CZT运算实现频谱的细分：设测量信号x(n)的长度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫频干涉测距信号处理方法，其特征在于包括，/n对辅助干涉仪输出的辅助干涉信号进行处理，得到用于消除非线性的频谱分析正交基；/n由测量干涉仪输出的测量信号与所述正交基计算获得测距信号的距离谱X(n)：/nX(n)＝|∑[x(n)·e

【技术特征摘要】
1.一种扫频干涉测距信号处理方法，其特征在于包括，
对辅助干涉仪输出的辅助干涉信号进行处理，得到用于消除非线性的频谱分析正交基；
由测量干涉仪输出的测量信号与所述正交基计算获得测距信号的距离谱X(n)：
X(n)＝|∑[x(n)·et(n)×phase_aux]|，(1)
式中n为细分倍数，x(n)是测量信号，t(n)×phase_aux为正交基，其中phase_aux是辅助干涉信号的相位信号，t(n)为细分时间常数；
对测量信号x(n)和辅助干涉信号的相位信号phase_aux进行一次信号峰值的滤波：
设置n＝M/2q，式中M为依据测量指标确定的最终细分倍数；q为频谱峰值索引总次数；n为初始细分倍数；
将测量信号x(n)和辅助干涉信号的相位信号phase_aux在频谱范围[f01，f02]内分割为n份，其中f01为细分范围的起点，f02为细分范围的终点，获得第一次频谱峰值索引f1；
接下来采取二分逼近的方式对测量信号x(n)和辅助干涉信号的相位信号phase_aux再进行信号峰值的滤波，在[f1-2q-1，f1+2q-1]范围内设置n＝2，获得第二次频谱峰值索引f2；在[f2-2q-2，f2+2q-2]范围内设置n＝2，获得第三次频谱峰值索引f3......，直至获得第q次频谱峰值索引fq，完成测距信号x(n)和辅助干涉信号的相位信号phase_aux在频谱范围内的M倍细分；
对所有频谱峰值索引按照公式(1)解算获得测距信号对应的目标距离。


2.根据权利要求1所述的扫频干涉测距信号处理方法，其特征在于，
频谱峰值索引总次数q根据M确定。


3.根据权利要求2所述的扫频干涉测距信号处理方法，其特征在于，
所述频谱峰值索引总次数q的取值为5、6、7或8...

【专利技术属性】
技术研发人员：于泽浩，刘国栋，路程，时圣星，甘雨，刘炳国，陈凤东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23