【技术实现步骤摘要】
涉及非合作目标绝对距离测量。
技术介绍
1、扫频干涉(frequency scanning interferometry,fsi)技术作为非合作目标绝对距离测量以及激光雷达三维测量领域的一项核心技术，多以大带宽、窄线宽的线性调频激光器作为光源，将目标散射回光与本地参考光进行时域干涉，通过拍信号的频谱分析从而实现目标距离的解调，该技术目前可获得微米级甚至亚微米级的距离分辨力以及测距精度，可满足大尺寸工件三维形貌测量、激光跟踪仪、3d快速扫描检测、逆向工程、机器人标定以及自动化生产等领域的需求。
2、但是，提高fsi技术的测量精度和距离分辨力是以牺牲测量效率为代价的，主要表现为后端数据量的增大以及信号处理速度下降，这是由fsi测距技术的原理导致的。在fsi测距中，距离分辨力与扫频带宽成反比，而拍频信号的频率与扫频速度(光频增量与时间增量之比)和目标距离成正比。因此，要提高距离分辨力以及测量精度，就要增大扫频带宽，在扫描频率(每秒扫描次数)不变的前提下就要增大扫频速度，从而使拍频信号的频率增大，系统采样率也需相应提高，最终导致一个扫描周期内数据量增大，严重影响信号处理速度。同理，测距范围的增大，会进一步降低系统的测量效率。因此，测量效率低下是fsi技术目前面临的关键性问题，严重限制了该技术以及相关激光雷达产品的落地和复杂场景应用。
3、如何打破传统fsi技术中距离分辨力、测距精度与系统测量效率之间的制约关系，实现快速的高精度非合作目标绝对距离测量，具有重要研究价值，也是激光雷达技术走向产品化、工业化的迫切需要。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的，目标绝对距离测量工作中，要提高距离分辨力以及测量精度，就要增大扫频带宽，在扫描频率不变的前提下就要增大扫频速度，从而使拍频信号的频率增大，系统采样率也需相应提高，最终导致一个扫描周期内数据量增大，严重影响信号处理速度。同理，测距范围的增大，会进一步降低系统的测量效率的技术问题，本专利技术提供的技术方案为：
2、基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，所述方法包括：
3、将扫频光源分为测量臂和参考臂的步骤；
4、将所述参考臂进行拉伸的步骤；
5、对所述参考臂和测量臂进行干涉，并得到干涉信号的表达式的步骤；
6、根据所述干涉信号，得到零频点的时刻的步骤；
7、根据所述零频点的时刻，基于光频变化曲线，得到目标距离的步骤。
8、进一步，提供一个具体实施方式，根据所述干涉信号得到拍信号，根据所述拍信号，得到光频变化曲线。
9、进一步，提供一个具体实施方式，使用正色散的啁啾光纤布拉格光栅对所述参考臂进行拉伸。
10、进一步，提供一个具体实施方式，所述参考臂和测量臂通过平衡探测器进行干涉。
11、进一步，提供一个具体实施方式，通过对所述干涉信号进行泰勒展开和近似，得到干涉信号的表达式。
12、进一步，提供一个具体实施方式，对所述干涉信号进行求导，得到零频点的时刻。
13、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距装置，所述装置包括：
14、将扫频光源分为测量臂和参考臂的模块；
15、将所述参考臂进行拉伸的模块；
16、对所述参考臂和测量臂进行干涉，并得到干涉信号的表达式的模块；
17、根据所述干涉信号，得到零频点的时刻的模块；
18、根据所述零频点的时刻，基于光频变化曲线，得到目标距离的模块。
19、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距系统，所述系统用于实现所述的方法，系统包括：
20、依次串联的tls扫频光源、分光器、环形器一、耦合器和平衡探测器；
21、与所述环形器一并联的环形器二；
22、所述环形器二连接啁啾光纤布拉格光栅；
23、所述环形器一用于接收经过透镜的目标光。
24、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当所述计算机程序被计算机读取时，所述计算机执行所述的方法。
25、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机，包括处理器和储存介质，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行所述的方法。
26、与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案的有益之处在于：
27、传统的扫频干涉技术在提高测量精度和距离分辨力的同时，会牺牲测量效率，本专利技术提供的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，提出的啁啾外差干涉测距方法可以将扫频速度提高到几十khz，比传统的fmcw方法提高了至少1000倍，极大地提高了测量效率。
28、本专利技术提供的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，采用了啁啾光纤布拉格光栅，通过不同扫频速度的两束光在经过不同的时间延迟后完成干涉，从而实现对目标距离的测量。这种方法可以保证距离分辨力在百微米级别，解决了传统fmcw方法中测量精度较低的问题。
29、传统的fmcw方法在远距离测量时往往无法同时满足远距离和低采样率的要求。本专利技术提供的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，啁啾外差干涉测距方法只需采集零频附近的一段啁啾拍信号，因此可以在较低采样率下实现高精度远距离测距。
30、本专利技术提供的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，在提高测量效率、距离分辨力和测量精度方面具有明显优势。传统的fmcw方法在提高测量精度和距离分辨力时往往会牺牲测量效率，而该方案通过引入啁啾光纤布拉格光栅和啁啾外差干涉测距方法，可以在保证高精度测量的同时提高测量效率。此外，该方案还解决了传统fmcw方法中远距离和低采样率不能同时满足的问题，实现了高精度远距离测距。因此，该方案在非合作目标绝对距离测量和激光雷达三维测量领域具有重要的研究价值和应用前景。
31、本专利技术提供的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，可以应用于大尺寸工件三维形貌测量、激光跟踪仪、3d快速扫描检测、逆向工程、机器人标定以及自动化生产等工作中。
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1.基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，根据所述干涉信号得到拍信号，根据所述拍信号，得到光频变化曲线。
3.根据权利要求1所述的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，使用正色散的啁啾光纤布拉格光栅对所述参考臂进行拉伸。
4.根据权利要求1所述的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，所述参考臂和测量臂通过平衡探测器进行干涉。
5.根据权利要求1所述的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，通过对所述干涉信号进行泰勒展开和近似，得到干涉信号的表达式。
6.根据权利要求1所述的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，对所述干涉信号进行求导，得到零频点的时刻。
7.基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距装置，其特征在于，所述装置包括：
8.基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距系统，其特征在于，所述系统用于实现权利要求1所述的方法，系统包括：
10.计算机，包括处理器和储存介质，其特征在于，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行权利要求1所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，根据所述干涉信号得到拍信号，根据所述拍信号，得到光频变化曲线。
3.根据权利要求1所述的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，使用正色散的啁啾光纤布拉格光栅对所述参考臂进行拉伸。
4.根据权利要求1所述的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，所述参考臂和测量臂通过平衡探测器进行干涉。
5.根据权利要求1所述的基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法，其特征在于，通过对所述干涉信号进行泰勒展开和近似，得到干涉...
【专利技术属性】
技术研发人员：甘雨，孟祥彬，段长昊，刘国栋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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