本发明专利技术公开了一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统及方法，包括：激光光源、RF源、电光调制器EOM、分束器、光电探测器、ADC与数据采集卡以及数据处理单元；将窄线宽激光在驱动信号作用下产生n阶多边带调谐激光，将n阶多边带调谐激光分为测量光路信号与本振光路信号，测量光路信号辐照到待测物体表面产生回波信号，回波信号与本振光路信号形成拍频光信号，对拍频信号进行滤波、单频信号的相位解析与拼接、频谱分析、计算有效频率、计算拍频频率和多普勒频率，以及计算待测物体的距离和速度，提升了测距分辨率、检测效率以及测量精度，可以实现获取待测物体的速度、厚度与间隔信息，还有助于实现非线性矫正、强度噪声抑制和偏振噪声抑制。偏振噪声抑制。偏振噪声抑制。
【技术实现步骤摘要】
一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统及方法
[0001]本专利技术涉及激光测距
，更具体的说是涉及一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统及方法。
技术介绍
[0002]激光雷达技术在车载、测度学、工业测量等领域具有广泛的应用价值。FMCW调频连续波激光雷达相对于TOF雷达可以实现更小的输出功率、更远距探测、更高测试精度等。
[0003]目前，激光雷达测距多利用内调光源作为FMCW的光源，内调光源可以采用分布反馈式DFB激光器、垂直腔面半导体激光器VCSEL、外腔半导体激光器ECLD等。
[0004]其中，基于ECLD内调FMCW系统，ECLD具有较宽的调谐范围，其范围可达数十nm甚至上百nm，对应的FMCW测距的分辨率为微米至亚微米量级，虽然可以获得极大的调谐范围，但是该系统的光源体积较大，且存在较强的调谐非线性，使得系统成本极高且体积庞大，系统方案较为复杂；当采用DFB等激光器时，调谐范围较小。
[0005]而常见的外调FMCW系统，虽然其调谐非线性比内调方案弱，但是其调谐范围较小，使得其分辨率和精度较低。
[0006]因此，如何提供一种高精度外调FMCW激光测距系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统及方法，来提升测距分辨率、检测效率以及测量精度。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统，包括：n阶多边带调谐激光光源、测试模块和数据处理模块，n≥1；
[0010]n阶多边带调谐激光光源包括内调激光光源和电光调制器EOM，测试模块包括分束器和光电探测器，数据处理模块包括数据处理单元；
[0011]内调激光光源，用于产生窄线宽激光；
[0012]电光调制器EOM，用于将窄线宽激光在驱动信号作用下产生按正负对称分布的n阶多边带调谐激光，边带数量为2n，正负调谐各为n；
[0013]分束器，用于将n阶多边带调谐激光分为测量光路信号与本振光路信号，测量光路信号辐照到待测物体表面产生回波信号，回波信号与本振光路信号形成拍频光信号；
[0014]光电探测器，用于探测拍频光信号，并转化为电信号；
[0015]数据处理模块，用于对转化后的拍频信号通过滤波获得n个频率信号，对各个频率信号进行重采样，对所得的采样信号进行相位累加拼接获得n(n+1)/2倍的拼接信号，还用于对拼接信号进行频谱分析得到特征频率，根据特征频率计算待测物体的距离，还用于根据特征频率计算拍频频率和多普勒频率，并计算待测物体的距离和速度。
[0016]优选的，n阶多边带调谐激光光源还包括RF源和射频功率放大器；
[0017]RF源，用于产生电光调制器EOM需要的驱动信号；
[0018]射频功率放大器，用于将RF源的驱动信号放大到合适的幅值。
[0019]优选的，测试模块还包括合束器，用于将测量光路信号的回波信号与本振光路信号合束形成拍频光信号。
[0020]优选的，数据处理模块还包括ADC与数据采集卡，用于将光电探测器的电信号由模拟信号转化为数字信号，并存储用于数据处理单元的数据分析。
[0021]优选的，相位累加方程为：
[0022][0023]其中，f为待测拍频频率，n为边带阶数，t1、t2、t3、t4...tn
‑
1、tn，分别为各个拍频频率用于取样的间隔。
[0024]优选的，计算待测物体的距离和速度的过程具体为：
[0025][0026][0027][0028][0029][0030]其中，c为光速，T为信号频率的调制周期，λ0为光源中心波长，B为信号调制带宽，R为探测距离，V
r
为物体的移动速度，f
B1
和f
B2
为频谱分析后的特征频率。
[0031]优选的，数据处理模块，还用于当待测物体包括多个发射面时，根据特征频率解析每个反射面的位置来计算测量待测物体的距离、厚度和间隔。
[0032]一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距方法，包括以下步骤：
[0033]S1.内调激光光源产生窄线宽激光，将窄线宽激光在驱动信号作用下产生按正负对称分布的n阶多边带调谐激光，边带数量为2n，正负调谐各为n，n≥1；
[0034]S2.将n阶多边带调谐激光分为测量光路信号与本振光路信号，测量光路信号辐照到待测物体表面产生回波信号，回波信号与本振光路信号形成拍频光信号；
[0035]S3.探测拍频光信号，并转化为电信号，将电信号由模拟信号转化为数字信号，并存储用于数据分析；
[0036]S4.对转化后的拍频信号通过滤波获得n个频率信号，对各个频率信号进行重采样，对所得的采样信号进行相位累加拼接获得n(n+1)/2倍的拼接信号，还用于对拼接信号进行频谱分析得到特征频率，根据特征频率计算待测物体的距离，还用于根据特征频率计算拍频频率和多普勒频率，并计算待测物体的距离和速度。
[0037]优选的，S1还包括产生电光调制器EOM需要的驱动信号并将驱动信号放大到合适
的幅值。
[0038]优选的，相位累加方程为：
[0039][0040]其中，f为待测拍频频率，n为边带阶数，t1、t2、t3、t4...tn
‑
1、tn，分别为各个拍频频率用于取样的间隔；
[0041]根据特征频率计算拍频频率和多普勒频率并计算待测物体的距离和速度的过程具体为：
[0042][0043][0044][0045][0046][0047]其中，c为光速，T为信号频率的调制周期，λ0为光源中心波长，B为信号调制带宽，R为探测距离，V
r
为物体的移动速度，f
B1
和f
B2
为频谱分析后的特征频率；
[0048]S4还包括当待测物体包括多个发射面时，根据特征频率解析每个反射面的位置来计算测量待测物体的距离、厚度和间隔。
[0049]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统及方法，采用相位拼接的方式对信号源进行了展宽，通过EOM调制器对信号进行n阶边带展宽之后，再对检测到的拍频信号进行拼接，提升测距分辨率、检测效率以及测量精度，并且本专利技术可以实现获取待测物体的速度、厚度与间隔信息，结合参考光路，可以对系统进行非线性矫正，另外，本专利技术由于没有对光源直接调谐，可以获得更高的信噪比，通过噪声监测、负反馈控制、噪声矫正算法等，可以进一步提高信噪比，提高测量精度。
附图说明
[0050]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统，其特征在于，包括：n阶多边带调谐激光光源、测试模块和数据处理模块，n≥1；n阶多边带调谐激光光源包括内调激光光源和电光调制器EOM，测试模块包括分束器和光电探测器，数据处理模块包括数据处理单元；内调激光光源，用于产生窄线宽激光；电光调制器EOM，用于将窄线宽激光在驱动信号作用下产生按正负对称分布的n阶多边带调谐激光，边带数量为2n，正负调谐各为n；分束器，用于将n阶多边带调谐激光分为测量光路信号与本振光路信号，测量光路信号辐照到待测物体表面产生回波信号，回波信号与本振光路信号形成拍频光信号；光电探测器，用于探测拍频信号，并转化为电信号；数据处理模块，用于对转化后的拍频信号通过滤波获得n个频率信号，对各个频率信号进行重采样，对所得的采样信号进行相位累加拼接获得n(n+1)/2倍的拼接信号，还用于对拼接信号进行频谱分析得到特征频率，根据特征频率计算待测物体的距离，还用于根据特征频率计算拍频频率和多普勒频率，并计算待测物体的距离和速度。2.根据权利要求1所述的一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统，其特征在于，n阶多边带调谐激光光源还包括RF源和射频功率放大器；RF源，用于产生电光调制器EOM需要的驱动信号；射频功率放大器，用于将RF源的驱动信号放大到合适的幅值。3.根据权利要求1所述的一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统，其特征在于，测试模块还包括合束器，用于将测量光路信号的回波信号与本振光路信号合束形成拍频光信号。4.根据权利要求1所述的一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统，其特征在于，数据处理模块还包括ADC与数据采集卡，用于将光电探测器的电信号由模拟信号转化为数字信号，并存储用于数据处理单元的数据分析。5.根据权利要求1所述的一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统，其特征在于，相位累加方程为：其中，f为待测拍频频率，n为边带阶数，t1、t2、t3、t4...tn
‑
1、tn，分别为各个拍频频率用于取样的间隔。6.根据权利要求1所述的一种基于相位拼接的高精度外调FMCW激光测距系统，其特征在于，计算待测物体的距离和速度的过程具体为：在于，计算待测物体的距离和速度的过程具体为：在于，计算待测物体的距离和速度的过程具体为：
其中，c为光速，T为信号频率的调制周期，λ0为光源中心波长，B为信号调制带宽，R为...
【专利技术属性】
技术研发人员：代冰，
申请(专利权)人：深圳市圳阳精密技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。