可消除测距歧义的色散干涉测距系统技术方案

本发明专利技术提供一种可消除测距歧义的色散干涉测距系统，包括分束器、色散单元和光谱仪，分束器将输入的光信号分成两路，一路通过色散单元传输给参考镜，色散单元对所述光信号中具有不同波长的光谱成分的光程进行不同的调节，参考镜接收到各个光谱成分后，按原路径通过色散单元将第一反射光返回给分束器；另一路传输给待测目标，待测目标将第二反射光返回给分束器，在分束器处第一反射光和第二反射光发生干涉，产生干涉光；光谱仪对干涉光谱进行采集，并对干涉光谱进行处理，获得干涉光谱相位；根据干涉光谱中相位突变点的漂移量获得实际距离。本发明专利技术从根本上解决了在波形图的周期结束点和转折点处，测量距离与实际距离之间关系模糊的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
可消除测距歧义的色散干涉测距系统


[0001]本专利技术属于测距领域，具体涉及一种可消除测距歧义的色散干涉测距系统。

技术介绍

[0002]对于干涉测距，其理论上测量距离可达上千公里，测量精度可以到微米量级以下。现有干涉测距系统通常采用迈克尔逊干涉结构来进行距离传感，当参考光和传感光相遇时会发生干涉，其中测量距离和干涉光谱的自由光谱范围(FSR)之间呈线性关系，干涉光谱的FSR会随着两干涉臂光程差的增加而减小；随着两干涉臂光程差的减小而增大，因此目前多根据干涉光谱的FSR疏密程度来反映测量距离。
[0003]然而，测量距离并非实际距离，实际上测量距离与实际距离之间存在一定的对应关系，该对应关系是固定的且由波形图来表示。在确定出测量距离后，可以从波形图查找出与该测量距离对应的实际距离，其中波形图中横坐标为实际距离，纵坐标为测量距离，随着实际距离的增加，测量距离的波形会出现周期性变化，一个周期的长度可以为Lpp，且在该周期长度内存在一个转折点，如图1所示。为了得到测量距离，目前通常采用两种方式对干涉光谱进行解调：第一种是利用两次傅里叶变换来进行测量距离信息提取，其中第一次傅里叶变换后通过滤波的方式，将傅里叶转换谱(FTS)滤出来后再利用傅里叶逆变换，相位解卷绕，相位斜率等一系列操作来得到相应的测量距离信息。虽然该方法可以进行测量距离信息的提取且有较高的精度但是当两干涉臂的距离差很小时，FTS与零频之间因为重叠而模糊从而无法提取；此外在进行滤波时，滤波器的类型也会影响最终测量距离的求解精度。第二种是利用一次傅里叶变换的方式来求解测量距离信息。虽然该方法可以较简单的获得测量距离信息，但是比较特殊的是，在波形图的周期结束点和转折点处，测量距离与实际距离之间的关系比较模糊，即便解调获得测量距离，也难以从波形图中准确查找到对应的实际距离。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种可消除测距歧义的色散干涉测距系统，以解决目前干涉测距系统中用于表示测量距离与实际距离之间关系的波形图，在周期结束点和转折点处测量距离与实际距离之间关系比较模糊的问题。
[0005]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种可消除测距歧义的色散干涉测距系统，包括分束器、色散单元和光谱仪，所述分束器将输入的光信号分成两路，一路通过所述色散单元传输给参考镜，所述色散单元对所述光信号中具有不同波长的光谱成分的传播方向进行不同的调节，所述参考镜接收到各个光谱成分后，按原路径通过该色散单元将第一反射光返回给该分束器，所述第一反射光中各个光谱成分的光程各不相同；所述分束器将另一路光信号传输给待测目标，所述待测目标将第二反射光返回给该分束器，在该分束器处所述第一反射光和第二反射光发生干涉，产生干涉光；
[0006]所述光谱仪对所述干涉光的干涉光谱进行采集，并对所述干涉光谱进行处理，获
得该干涉光谱的相位；根据该干涉光谱中相位突变点的漂移量获得实际距离。
[0007]在一种可选的实现方式中，根据该干涉光谱中相位突变点的漂移量获得实际距离，可避免需解析出测量距离，再从波形图中查找出与所述测量距离对应的实际距离，进而避免基于所述波形图的周期转折点和周期结束点，查找出与所述解析出的测量距离对应的实际距离，所述波形图用于表示测量距离与实际距离之间的关系。
[0008]在另一种可选的实现方式中，所述相位突变点包括相位突变最低点和相位突变最高点，所述相位突变最低点用于定位所述周期转折点，所述相位突变最低点的漂移用于表征所述周期转折点上实际距离的变化；所述相位突变最高点用于定位所述周期结束点，所述相位突变最高点的漂移用于表征所述周期结束点上实际距离的变化。
[0009]在另一种可选的实现方式中，还包括激光测距仪，所述激光测距仪对其与所述待测目标之间的距离进行粗测量，得到粗测量距离，所述粗测量距离除以实际距离量程，向下取整，得到整数N，将N*实际距离量程后，加上所述获得的实际距离，得到待测距离，所述实际距离量程为根据该干涉光谱中相位突变点的漂移量可获得的实际距离测量范围。
[0010]在另一种可选的实现方式中，根据该干涉光谱中相位突变点的漂移量获得实际距离包括：
[0011]根据该干涉光谱中相位突变最低点的漂移量，按照以下公式计算出实际距离变化量L：L＝cΔw/4nb，其中c为真空中的光速，Δw为相位突变最低点对应的频率漂移量，n为空气的折射率，b为光信号中心频率的啁啾系数；
[0012]根据所述实际距离变化量和实际距离量程，确定所述获得的实际距离。
[0013]在另一种可选的实现方式中，所述波形图中波形为三角波，所述三角波的周期转折点在其中心轴线上，从所述三角波的周期起始点到周期转折点对应的实际距离取值范围设为[0，
‑
Lpp/2]，从所述三角波的周期转折点到周期结束点对应的实际距离取值范围设为[0，+Lpp/2]，所述实际距离量程为Lpp/2；
[0014]所述粗测量距离除以(Lpp/2)，向下取整，得到整数N，N*Lpp/2加上所述获得的实际距离，得到所述待测距离。
[0015]在另一种可选的实现方式中，当N为奇数时，所述获得的实际距离即为该计算出的实际距离变化量，将N*Lpp/2加上所述计算出的实际距离变化量即可得到所述待测距离；
[0016]当N为偶数时，将
‑
Lpp/2与计算出的实际距离变化量相加，取相加后结果的绝对值作为所述获取的实际距离，N*Lpp/2加上所述绝对值即可获得所述待测距离。
[0017]在另一种可选的实现方式中，所述光谱仪对所述干涉光的干涉光谱进行采集，并对所述干涉光谱进行处理，获得该干涉光谱的相位包括：
[0018]所述光谱仪首先对所述干涉光进行波长等间隔采样，获得第一干涉光谱，接着对所述第一干涉光谱进行插值重采样，得到频率等间隔的第二干涉光谱，最后对所述第二干涉光谱进行一次傅里叶变换或希尔伯特变换，获得所述干涉光谱的相位。
[0019]在另一种可选的实现方式中，所述光信号为高重频的光频梳。
[0020]在另一种可选的实现方式中，还包括第一准直器和第二准直器，其中所述光信号通过第一准直器准直后被传输给所述分束器，所述分束器输出的干涉光经所述第二准直器准直后被传输给所述光谱仪；所述色散单元为光栅对或棱镜对。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术通过增加色散单元，可以使参考镜返回的第一反射光中各个光谱成分的光程各不相同，对应光谱成分与待测目标返回的第二反射光发生干涉后可使干涉光谱出现明显的相位突变，并且相比于采用对凹凸不平的参考镜进行机械扫描，从而改变参考光光程的方式，本专利技术采用色散单元改变参考光光程，这种方式更为简单；本专利技术在获取实际距离时并不需要先解析出测量距离，再查询用于表示测量距离与实际距离之间关系的波形图，而是直接基于相位突变点的漂移来获取实际距离，实际距离的确定完全不需要借助于其与测量距离之间的对应关系，进一步地，可以避免基于所述波形图的周期转折点和周期结束点，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可消除测距歧义的色散干涉测距系统，其特征在于，包括分束器、色散单元和光谱仪，所述分束器将输入的光信号分成两路，一路通过所述色散单元传输给参考镜，所述色散单元对所述光信号中具有不同波长的光谱成分的传播方向进行不同的调节，所述参考镜接收到各个光谱成分后，按原路径通过该色散单元将第一反射光返回给该分束器，所述第一反射光中各个光谱成分的光程各不相同；所述分束器将另一路光信号传输给待测目标，所述待测目标将第二反射光返回给该分束器，在该分束器处所述第一反射光和第二反射光发生干涉，产生干涉光；所述光谱仪对所述干涉光的干涉光谱进行采集，并对所述干涉光谱进行处理，获得该干涉光谱的相位；根据该干涉光谱中相位突变点的漂移量获得实际距离。2.根据权利要求1所述的可消除测距歧义的色散干涉测距系统，其特征在于，根据该干涉光谱中相位突变点的漂移量获得实际距离，可避免需解析出测量距离，再从波形图中查找出与所述测量距离对应的实际距离，进而避免基于所述波形图的周期转折点和周期结束点，查找出与所述解析出的测量距离对应的实际距离，所述波形图用于表示测量距离与实际距离之间的关系。3.根据权利要求2所述的可消除测距歧义的色散干涉测距系统，其特征在于，所述相位突变点包括相位突变最低点和相位突变最高点，所述相位突变最低点用于定位所述周期转折点，所述相位突变最低点的漂移用于表征所述周期转折点上实际距离的变化；所述相位突变最高点用于定位所述周期结束点，所述相位突变最高点的漂移用于表征所述周期结束点上实际距离的变化。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的可消除测距歧义的色散干涉测距系统，其特征在于，还包括激光测距仪，所述激光测距仪对其与所述待测目标之间的距离进行粗测量，得到粗测量距离，所述粗测量距离除以实际距离量程，向下取整，得到整数N，将N*实际距离量程后，加上所述获得的实际距离，得到待测距离，所述实际距离量程为根据该干涉光谱中相位突变点的漂移量可获得的实际距离测量范围。5.根据权利要求4所述的可消除测距歧义的色散干涉测距系统，其特征在于，根据该干涉光谱中相位突变点的漂移量获得实际距离包括：根据该干涉光谱中相位突变最低点的漂移量，按照以...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金栋，朱涛，黄景晟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：