【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光测量，具体涉及一种实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法及装置。
技术介绍
1、基于调频连续波(fmcw)干涉测距的激光雷达作为一种新型相干探测技术，结合了光学干涉和无线电雷达技术的优点，通过向待测目标发射频率连续调制的激光，使由位于待测目标上的目标点反射的返回光与参考光发生干涉，并对干涉产生的干涉信号频率进行解调，即可实现高精度、大动态范围的距离测量，广泛应用于航天、航空、汽车、船舶等大型先进设备制造领域。
2、但在实际应用中，待测目标容易受到外界影响而发生振动，而且在智能装配等领域，还需要实对运动部件进行实时跟踪监测，此时干涉信号会受到待测目标运动的影响而产生多普勒效应，具体而言，由于待测目标相对激光雷达具有相对运动速度，使得干涉信号的频率中包括了多普勒效应产生的频移分量(简称为多普勒频移)，并且多普勒频移与相对运动速度相关，从而影响距离测量的测量精度，并且待测目标与激光雷达的相对运动速度越大，距离测量的误差也越大。
3、在一种现有技术中(现有技术1)，测距系统采用单激光光源，并将单激光光源进行三角波调制获得调频连续波(fmcw)，以减少运动引起的多普勒效应的影响。但是在现有技术1中，要在一个完整的上啁啾(频率随时间变化而增大)期间和下啁啾(频率随时间变化而减小)期间进行计算才可减少多普勒效应的影响，不利于测距系统的测量速度和测量效率。
4、针对现有技术1的缺陷，又提出另一种现有技术(现有技术2)，测距系统采用双激光光源，双激光光源各自发射一束经三角波调制获得调频连续波，以
技术实现思路
1、本专利技术有鉴于上述现有技术的状况而完成，其目的在于提供一种实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法及装置，能够减少多普勒频移对测距的影响，提高装置的测距精度及测量速度。
2、为此，本专利技术的第一方面提供一种实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，是基于调频连续波测量目标的距离的测距方法，所述激光雷达包括发射单束调频连续波的发生模块、反相模块、以及测量模块；所述反相模块包括沿着光路传播方向依次设置的第一耦合单元、调制单元和第二耦合单元，所述测量模块包括第三耦合单元、反射单元和探测单元，所述第一耦合单元将所述发生模块发射的单束调频连续波分为第一光束和第二光束；所述调制单元对所述第一光束和所述第二光束进行反相调制；所述第二耦合单元耦合所述第一光束和所述第二光束作为目标光束；所述反射单元接收经由所述第三耦合单元的所述目标光束且反射部分所述目标光束作为参考光束，并透射部分所述目标光束作为测量光束，所述目标接收所述测量光束并反射所述测量光束以形成反射光束；所述探测单元接收经由所述第三耦合单元的所述参考光束和经由所述第三耦合单元的所述反射光束以获得所述目标的距离。
3、根据本专利技术的第一方面，激光雷达的发生模块能够发射单束调频连续波，并通过反相模块中的调制单元形成具有反相关系的第一光束和第二光束(即目标光束)，第一光束和第二光束能够分别经过反射单元透射至目标形成反射光束，并被反射单元反射形成参考光束，反射光束和参考光束能够发生干涉，形成包括多普勒频移和中频频率的干涉信号，由此，探测单元能够基于第一光束和第二光束分别获得包括多普勒频移和中频频率的干涉信号，并基于干涉信号获得目标的距离，减少多普勒频移对目标的距离的测量影响，能够提高激光雷达的测距精度；并且与现有技术相比，本专利技术只需要在一个上啁啾或一个下啁啾的时间即可完成测量，能够提高激光雷达的测量速度；另外，与发射多束调频连续波的方式相比，本专利技术能够减少不同源的调频连续波之间的同步问题，简化对调频连续波非线性校正的处理，同时降低了激光雷达的设备成本；且在本专利技术的测距方法中，通过设置多个耦合单元，能够对激光雷达的光学系统中的光束进行分束或合束处理，从而便于简化光路设计。
4、另外，根据本专利技术的第一方面所涉及的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，可选地，所述调制单元包括接收所述第一光束且包括第一开关的第一光路和/或接收所述第二光束且包括第二开关的第二光路，所述第一开关和/或所述第二开关配置为基于所述调频连续波的调频周期进行控制。在这种情况下，当反相模块的调制单元包括接收第一光束且包括第一开关的第一光路时，能够基于调频连续波的调频周期控制第一开关和或第二开关的开启时间，从而获得具有反相关系的第一调制光和第二调制光。
5、另外，根据本专利技术的第一方面所涉及的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，可选地，所述调制单元包括接收所述第一光束的第一光路、接收所述第二光束的第二光路和与至少一路光路进行耦合的色散元件，所述色散元件的色散系数与所述调频连续波的频率相关。在这种情况下，通过设计合理的色散系数，能够使输入色散元件的调频连续波中不同频率的分量以不同速度传播，从而能够将输入色散元件的调频连续波引入波形延时，改变调频连续波的波形，进而能够对第一光束和第二光束进行反相调制，由此能够得到具有反相关系的第一光束和第二光束。当色散元件仅与其中一路光路耦合时，色散元件能够仅对其中一个光束进行调制，而使另外一个光束直接输出，从而能够减少激光雷达组成部件数量，以提高可靠性。当第一光路和第二光路分别与色散元件耦合时，能够通过色散元件对第一光束和第二光束进行波形改造，能够增大第一光束和第二光束的频率函数的斜率，根据现有技术可以得知，通过使用色散元件能够便于提高激光雷达的测距分辨率。同时色散元件具有频率选择性，也能够有助于在有干扰的环境中选择性地传输特定频率范围内的光束。
6、另外，根据本专利技术的第一方面所涉及的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，可选地，所述色散元件为光纤光栅、色散光纤、以及分散波导中的任一种。在这种情况下，光纤光栅能够针对不同波长实现较高灵敏度的延时；色散光纤在一些特定波段内具有较高的色散，可用于实现特定频率的延时；分散波导能够引入不同波长的色散，实现光信号的分散和延时，分散波导的几何形状和尺寸能够调整，以实现特定的延时特性。
7、另外，根据本专利技术的第一方面所涉及的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，可选地，所述调频连续波为线性调频连续波。在这种情况下，激光雷达发射线性调频连续波(也即频率随时间线性变化)至目标的表面上的测量点，然后激光雷达接收测量点反射回来的光束，目标的距离会导致反射回来的光束的频率相对激光雷达发射的线性调频连续波光束的频率发生改变，通过测量这种频率变化，能够计算出目标的距离。若目标具有速度，那么反射回来的光束的频率还受到多普勒效应的影响，频率差包括目标的距离所对应的中频频率的分量以及多普勒频移的分量，基于线性调频连续波也能够便于获得多普勒效应引起的多普勒频移，从而能够获得更加精确的测量距离。
8、另外，根据本专利技术的第一方面所涉及的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，可选地，所述参考光束包括第一参考光束和第二参考光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，是基于调频连续波测量目标的距离的测距方法，所述激光雷达包括发射单束调频连续波的发生模块、反相模块、以及测量模块；所述反相模块包括沿着光路传播方向依次设置的第一耦合单元、调制单元和第二耦合单元，所述测量模块包括第三耦合单元、反射单元和探测单元，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在于，
5.根据权利要求1、2或3所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在于，
9.根据权利要求7所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距
10.一种实现激光雷达多普勒频移解耦的装置，是基于调频连续波测量目标的距离的装置，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，是基于调频连续波测量目标的距离的测距方法，所述激光雷达包括发射单束调频连续波的发生模块、反相模块、以及测量模块；所述反相模块包括沿着光路传播方向依次设置的第一耦合单元、调制单元和第二耦合单元，所述测量模块包括第三耦合单元、反射单元和探测单元，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的实现激光雷达多普勒频移解耦的测距方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯福荣，梁志明，张和君，刘怡，林海亮，张海叶，陈源，廖学文，吴兴发，
申请(专利权)人：深圳市中图仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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