基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法及其系统，其中方法包括获得光强按周期性分布的调制锁模脉冲激光束；将调制锁模脉冲激光束分成参考光束和测量光束，测量光束经过待测目标反射后形成测量回波光束并结合参考光束进行处理；分别对参考光束和测量回波光束进行低通滤波后获得调制信号，对调制信号进行鉴相并获得调制信号相位差；分别对参考光束和测量回波光束进行锁模脉冲鉴相获得锁模脉冲相位差；其中调制信号鉴相获得腔长整数倍的距离信息(大数部分)，而锁模脉冲信号鉴相可获得小于腔长的距离信息(小数部分)，无机械移动部分，可实现大范围高精度激光距离的高速测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光测距领域，具体涉及一种基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法及其系统。
技术介绍
激光测距在工业生产、空间测量等方面有着广泛的应用背景，目前采用的激光测距技术方案主要有三类，(1)时间测量法，利用光速不变性原理，将激光脉冲作为能量信号，通过计时模块直接测量单个脉冲激光出射到返回的时间间隔来计算被测距离。(2)相位式测距，以连续激光作为载波，通过对载波光进行幅度、频率或相位调制，产生特定频率的调制信号，测量回波信号与参考信号之间的相位差，解算出距离信息。(3)光学干涉测距，以相干激光光源为基础，通过记录干涉强度条纹的变化来实现测距。随着当前数字化技术的不断提高，很多领域中产生了新的测距需求，如实时、动态的距离测量，又如大尺寸(0～200m)高精密三维尺寸的高速测量，这就要求激光测距在保证足够精度的情况下，还需扩大测量量程和缩短单次测量时间，而现有技术中，在时间测量法中采用激光脉冲作为电子计时的触发信号，该方法具有单次测量速度快，测量范围大的优势，但受激光脉冲畸变和电子器件带宽限制，目前测距精度难以到达毫米级；而相位式测距则利用激光束为调制信号的载波(测尺)，采用测量相位差来计算距离信息，其测距精度可达毫米量级甚至更低；受相位差的有效检测范围(0～2π)的限制，在保证毫米级精度下进行大范围测距时，该方案需要采用不同的载波频率构成测尺链来实现全范围不同精度测距，这导致单次测量时间较长。而光学干涉测距通过记录干涉条纹的不间断变化实现增量测距，其测量精度高，但通常需要测量目标或参考测量臂产生机械运动导致单次测量时间过长。因此，为解决以上问题，需要一种基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法及其系统，在要求激光测距保证足够精度的情况下，扩大测量量程和缩短单次测量时间，同时优化激光测距要求中量程、精度以及时间三个指标。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法及其系统，在要求激光测距保证足够精度的情况下，扩大测量量程和缩短单次测量时间，同时优化激光测距要求中量程、精度以及时间三个指标。本专利技术公开的一种基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法，包括以下步骤:b.获得光强按周期性分布的调制锁模脉冲激光束；c.将调制锁模脉冲激光束分成参考光束和测量光束，测量光束经过待测目标反射后形成测量回波光束并结合参考光束进行处理；d.分别对参考光束和测量回波光束进行低通滤波后获得调制信号，对调制信号进行鉴相并获得调制信号相位差；分别对参考光束和测量回波光束进行锁模脉冲鉴相并获得锁模脉冲相位差；根据锁模调制信号相位差和锁模脉冲相位差计算所测距离。进一步，其中步骤b中，调制锁模脉冲激光束的光强按正弦规律分布。进一步，其中步骤d中，对调制信号进行鉴相的精度高于调制锁模腔长。进一步，在步骤b之前还包括步骤a，步骤a包括：通过锁模激光器产生并输出锁模脉冲激光束，锁模脉冲激光束输入光调制模块并输出调制锁模脉冲激光束。进一步，其中步骤b中，调制锁模脉冲激光束通过对调制锁模脉冲激光束的泵浦源进行调制而获得。进一步，其中步骤d中，参考光束和测量回波光束分别转化为电信号，电信号分别进行信号调理后作为处理信号输出。本专利技术还公开了一种应用上述基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法的激光测距系统，包括：锁模激光器，用于产生并输出锁模脉冲激光束，其中锁模脉冲在时间上等周期，空间上等间距；光调制模块，用于将锁模脉冲激光束调制成光强按周期性分布的调制锁模脉冲激光束；分束器，用于将调制锁模脉冲激光束分成参考光束和测量光束，并将测量光束经过待测目标反射后形成的测量回波光束输送至控制处理系统；控制处理系统，用于分别将参考光束和测量光束转化为电信号并从电信号中分离出调制信号，通过锁模脉冲激光相位差和调制信号相位差计算待测目标的距离；锁模激光器、光调制模块、分束器和控制处理系统沿光路依次设置。进一步，控制处理系统包括光电处理模块I、光电处理模块II和处理模块；光电处理模块I和光电处理模块II均包括光电转换器、输入端与光电转换器的输出端连接的信号调理电路和输入端与信号调理电路的输出端电连接的低通滤波电路；处理模块包括锁模脉冲鉴相器、调制信号鉴相器和处理器；所述锁模脉冲鉴相器的输入端分别与两个信号调理电路的输出端电连接，所述调制信号鉴相器的输入端分别与两个低通滤波电路的输出端电连接，锁模脉冲鉴相器和调制信号鉴相器的输出端均与处理器的输入端电连接。进一步，调制信号鉴相器的精度值高于调制锁模腔长。进一步，光调制模块包括光调制器和与光调制器驱动电连接的驱动源，所述驱动源输入正弦驱动信号使调制锁模脉冲激光束的光强按正弦规律分布。本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的一种基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法及其系统，采用激光腔长精确锁定的锁模激光器产生持续锁模脉冲激光速并进行调制后输出，将调制锁模脉冲激光束分束，分别采用鉴相器完成参考光束与测量回波光速间调制信号鉴相和锁模脉冲信号鉴相，调制信号鉴相获得腔长整数倍的距离信息(大数部分)，而锁模脉冲信号鉴相可获得小于腔长的距离信息(小数部分)，综合两种距离信息实现亚毫米高精度测量，无机械移动部分，可实现大范围高精度激光距离的高速测量。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的光路结构示意图；图2为本专利技术的结构流程图；图3为本专利技术的小数部分测量的原理图；图4锁模脉冲调制示意图。具体实施方式图1为本专利技术的光路结构示意图，图2为本专利技术的结构流程图，图3为本专利技术的小数部分测量的原理图，图4锁模脉冲调制示意图，如图所示，本实施例中的基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法，包括以下步骤:包括以下步骤:b.获得光强按周期性分布的调制锁模脉冲激光束；调制锁模脉冲激光束表示相领锁模脉冲之间的强度不同且多个锁模脉冲呈周期性分布，调制锁模脉冲激光束可成正弦或其他形状的周期性分布，均能实现本专利技术的专利技术目的；c.将调制锁模脉冲激光束分成参考光束和测量光束，测量光束经过待测目标反射后形成测量回波光束并结合参考光束进行处理；d.分别对参考光束和测量回波光束进行低通滤波后获得调制信号，对调制信号进行鉴相并获得调制信号相位差；分别对参考光束和测量回波光束进行锁模脉冲鉴相并获得锁模脉冲相位差；根据锁模调制信号相位差和锁模脉冲相位差计算所测距离；不同于传统的脉冲法和相位法激光测距，本方法利用锁模脉冲之间的距离保持不变，调制信号鉴相获得腔长整数倍的距离信息(大数部分)，当然，调制信号的波长可大于2倍待测间距，则D1＝Nλ2，N为不大于(λ1φ1)/(4πλ2)的最大整数，而锁模脉冲信号鉴相可获得小于腔长的距离信息(小数部分)，D2＝λ2φ2，D＝D1+D2，其中，D为待测距离，D1为大数部分，D2为小数部分，λ2为锁模脉冲的间距，λ1为调制信号的波长，φ1为调制信号的相位差，φ2为锁模脉冲的相位差，综合两种距离信息可实现亚毫米高精度测量，且无机械移动部分，可实现大范围、高精度激光距离的高速测量。本实施例中，其中步骤b中，所述调制锁模脉冲激光束的光强按正弦规律分布；调制方便且利于提高调制信号相位差的检测精度。本实施例中，其中步骤d中，对调制信号进行鉴相的精度高于调制锁模腔长；通过将调制信号进行鉴相的精度高于调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法，其特征在于：包括以下步骤:b.获得光强按周期性分布的调制锁模脉冲激光束；c.将调制锁模脉冲激光束分成参考光束和测量光束，测量光束经过待测目标反射后形成测量回波光束并结合参考光束进行处理；d.分别对参考光束和测量回波光束进行低通滤波后获得调制信号，对调制信号进行鉴相并获得调制信号相位差；分别对参考光束和测量回波光束进行锁模脉冲鉴相并获得锁模脉冲相位差；根据锁模调制信号相位差和锁模脉冲相位差计算所测距离。

【技术特征摘要】
1.一种基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法，其特征在于：包括以下步骤:b.获得光强按周期性分布的调制锁模脉冲激光束；c.将调制锁模脉冲激光束分成参考光束和测量光束，测量光束经过待测目标反射后形成测量回波光束并结合参考光束进行处理；d.分别对参考光束和测量回波光束进行低通滤波后获得调制信号，对调制信号进行鉴相并获得调制信号相位差；分别对参考光束和测量回波光束进行锁模脉冲鉴相并获得锁模脉冲相位差；根据锁模调制信号相位差和锁模脉冲相位差计算所测距离。2.根据权利要求1所述的基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法，其特征在于：其中步骤b中，所述调制锁模脉冲激光束的光强按正弦规律分布。3.根据权利要求1所述的基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法，其特征在于：其中步骤d中，对调制信号进行鉴相的精度高于锁模激光器的腔长。4.根据权利要求1所述的基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法，其特征在于：在步骤b之前还包括步骤a，所述步骤a包括：通过锁模激光器产生并输出锁模脉冲激光束，所述锁模脉冲激光束输入光调制模块并输出调制锁模脉冲激光束。5.根据权利要求1所述的基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法，其特征在于：其中步骤b中，所述调制锁模脉冲激光束通过对电光晶体或泵浦源进行调制而获得。6.根据权利要求1所述的基于锁模脉冲强度调制的激光测距方法，其特征在于：其中步骤d中，所述参考光束和测量回波光束分别转化为电信号，电信号分别进行信号调理后作为处理信号输出。7.一种应用如权利要求1-6任一权利要求所述的基于锁模脉冲强度调制的激光测...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱仁江，张鹏，
申请(专利权)人：重庆师范大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50