本发明专利技术属于激光测距领域，具体涉及一种基于时间延迟干涉的绝对距离测量方法及装置，包括：引入一台任意的光源，首先对其注入频率调制信号，制备出频率周期抖动的调制音符，之后对具有周期抖动的光分束并注入不同的频率，以用于后续形成外差干涉，其中一束光作为参考光，另一束分别进行两次延时处理，通过参考光与两个延时处理的光分别进行合束，从而实现两次外差干涉，其中，一次延时处理隐含待测距离信息。本发明专利技术采用外差干涉光的频率周期抖动的调制音符，结合时间延迟干涉方法，计算延时时间，以及隐含在延时时间中的绝对距离信息，实现低成本、大尺度绝对距离测量，本发明专利技术实用化了时间延迟干涉算法，测距可靠性高。测距可靠性高。测距可靠性高。
【技术实现步骤摘要】
一种基于时间延迟干涉的绝对距离测量方法及装置
[0001]本专利技术属于激光测距领域，更具体地，涉及一种基于时间延迟干涉的绝对距离测量方法及装置。
技术介绍
[0002]高精度的绝对距离测量在科学研究和工程实际中一直发挥着重要的作用，直接决定了一个国家在装备制造、空间科学、大科学装置、计量等领域的地位。如在装备制造中，大飞机数字化对接装配需要高精度的测距技术提供实时的空间坐标信息。在空间科学中，空间引力波探测计划需要获得卫星之间的实时距离信息。在大科学装置中，球面射电望远镜，镜面由4450个反射面板构成，大口径镜面的制造组装需要精确地测量反射面板的尺寸。可以看出，在多种多样的距离测量方法中，激光距离测量由于具备高精度、大尺度、普适性好等优点，已成为众多行业领域不可或缺的重要测量手段。
[0003]激光距离测量的方法可以分为两类：增量式距离测量和绝对距离测量。增量式距离测量依靠连续波光源，测量镜沿着测量光的出射方向连续移动，从而获得距离的变化量。在整个测量过程中，光电探测器需要无间断地接受测量镜的回波信号，一旦断光，需要回到起始位置，重新开始测量。然而，在实际许多的应用场合中，如阶梯平台，很难保证测量镜的回波信号不间断。绝对距离测量技术可以解决这一问题，直接获得参考镜和测量镜之间的距离信息。
[0004]现有的激光绝对距离测量技术分为两种，一种是基于脉冲光的绝对测距技术，一种是基于连续光的绝对测距技术。基于脉冲光的绝对测距通过测量光脉冲的飞行时间，实现绝对距离测量，其能够实现大范围的测距，但是精度不高。基于光梳的绝对测距技术可以实现大范围高精度的绝对距离测量，但是传统光梳光源价格昂贵，体积庞大，难以满足大量的工业现场测量需求。基于连续光的绝对测距技术主要测量原理是调频连续波干涉，将可调谐激光器的光频率调制起来，然后测量参考光与返回光的实时拍频，进而实现绝对距离测量。但是，调频连续波距离测量方法需要一个宽带的可调谐的激光光源，光源价格昂贵，且需要高线性度的光频扫描。
[0005]因此，研究一种适用于大尺度的低成本测距方法，具有重要意义。
技术实现思路
[0006]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于时间延迟干涉的绝对距离测量装置，其目的在于利用一台任意的价格低廉的连续波长光源实现大尺度的绝对距离测量。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于时间延迟干涉的绝对距离测量方法，包括：
[0008]采用一个信号源产生信号光，向该信号光注入频率调制信号，使得该信号光在中心频率处周期抖动，产生频率周期抖动的调制音符；
[0009]将周期抖动的信号光分成两束并注入不同的频率，得到具有不同中心频率的两束光；对其中一束光引入相对另一束光的时间延时t1并分束，作为第一时间延时光和测量光；同时将所述另一束光作为参考光并分束；
[0010]将所述第一时间延时光与其中一束参考光进行合束，形成第一外差干涉光；同时，控制所述测量光经过环形器、准直器之后再经过待测距离L1到达测量镜，经测量镜反射回准直器和环形器，由环形器输出第二时间延时光，控制所述第二时间延时光与另一束参考光进行合束，形成第二外差干涉光，所述第二时间延时光相对另一束参考光延时t1+2*L1/c；所述测量镜上安装在待测物体上；
[0011]探测采集所述第一外差干涉光和所述第二外差干涉光的实际频率周期抖动的调制音符数据；采用时间延迟干涉算法，对两个调制音符数据分别在时间维度上进行数据平移，计算两个调制音符数据对应平移前后的差值，以该差值在各采样点的方差最小值为目标，确定各调制音符数据的平移时间，对应作为所述第一时间延迟光的延时时间t1和所述第二时间延时光的延时时间t1+2*L1/c，计算得到待测距离L1。
[0012]本专利技术还提供一种基于时间延迟干涉的绝对距离测量装置，包括：激光源，第一声光调制器，第一分束器，第二声光调制器，第三声光调制器，光纤，第二分束器，第三分束器，第一合束器，第一光电探测器，环形器，准直器，测量镜，第二合束器，第二光电探测器，示波器以及处理器；所述测量镜安装在待测物体上，待测距离为待测物体距离准直器的距离；
[0013]所述激光源用于产生信号光；所述第一声光调制器用于向该信号光注入频率调制信号，使该信号光在中心频率处周期抖动，产生频率周期抖动的调制音符；所述第一分束器用于将周期抖动的信号光分成两束；所述第二声光调制器和所述第三声光调制器用于分别对所述第一分束器所分的两束光注入不同的频率，得到具有不同中心频率的两束光；所述光纤连接所述第二声光调制器，用于传输所述第二声光调制器调制输出的一束光，以引入相对第三声光调制器调制输出的一束光的时间延时t1，所述第二分束器用于对光纤输出的一束光分束，分别作为第一时间延时光和测量光；所述第三分束器用于将所述第三声光调制器调制输出的光分束，均作为参考光；
[0014]所述第一合束器用于将所述第一时间延时光与其中一束参考光进行合束，形成第一外差干涉光，由所述第一光电探测器探测；所述测量光经过环形器、准直器之后再经过待测距离L1到达测量镜，经测量镜反射回准直器和环形器，由环形器输出第二时间延时光，所述第二合束器用于将所述第二时间延时光与另一束参考光进行合束，形成第二外差干涉光，由所述第二光电探测器探测，所述第二时间延时光相对另一束参考光延时t1+2*L1/c；
[0015]所述示波器用于探测采集所述第一外差干涉光和所述第二外差干涉光的实际频率周期抖动的调制音符数据；所述处理器用于采用时间延迟干涉算法，对两个调制音符数据分别在时间维度上进行数据平移，计算两个调制音符数据对应平移前后的差值，以该差值在各采样点的方差最小值为目标，确定各调制音符数据的平移时间，对应作为所述第一时间延迟光的延时时间t1和所述第二时间延时光的延时时间t1+2*L1/c，计算得到待测距离L1。
[0016]进一步，所述示波器的采样频率在1GHz
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50GHz，采样时间为200us到1ms。
[0017]进一步，所述示波器使用和所述第一声光调制器、第二声光调制器、第三声光调制器采用相同的外部时钟参考。
[0018]进一步，所述第一声光调制器向信号光注入的频率调制信号的调制频率在10kHz到50kHz之间，所产生的周期抖动频率小于第一外差干涉光频率和第二外差干涉光频率中较小频率的一半。
[0019]进一步，所述第一外差干涉光和第二外差干涉光的外差频率在10MHz到20MHz之间。
[0020]进一步，所述光纤的长度在10km到100km之间。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0022](1)本专利技术通过一台任意的光源，首先对其注入频率调制信号，制备出频率周期抖动的调制音符p(t)，之后分束并注入不同的频率，一束光作为参考光，另一束分别进行两次延时处理，通过参考光与延时处理的光进行合束，从而实现两次外差干涉，采用外差干涉光的频率周期抖动的调本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于时间延迟干涉的绝对距离测量方法，其特征在于，包括：采用一个信号源产生信号光，向该信号光注入频率调制信号，使得该信号光在中心频率处周期抖动，产生频率周期抖动的调制音符；将周期抖动的信号光分成两束并注入不同的频率，得到具有不同中心频率的两束光；对其中一束光引入相对另一束光的时间延时t1并分束，作为第一时间延时光和测量光；同时将所述另一束光作为参考光并分束；将所述第一时间延时光与其中一束参考光进行合束，形成第一外差干涉光；同时，控制所述测量光经过环形器、准直器之后再经过待测距离L1到达测量镜，经测量镜反射回准直器和环形器，由环形器输出第二时间延时光，控制所述第二时间延时光与另一束参考光进行合束，形成第二外差干涉光，所述第二时间延时光相对另一束参考光延时t1+2*L1/c；所述测量镜安装在待测物体上；探测采集所述第一外差干涉光和所述第二外差干涉光的实际频率周期抖动的调制音符数据；采用时间延迟干涉算法，对两个调制音符数据分别在时间维度上进行数据平移，计算两个调制音符数据对应平移前后的差值，以该差值在各采样点的方差最小值为目标，确定各调制音符数据的平移时间，对应作为所述第一时间延迟光的延时时间t1和所述第二时间延时光的延时时间t1+2*L1/c，计算得到待测距离L1。2.一种基于时间延迟干涉的绝对距离测量装置，其特征在于，包括：激光源，第一声光调制器，第一分束器，第二声光调制器，第三声光调制器，光纤，第二分束器，第三分束器，第一合束器，第一光电探测器，环形器，准直器，测量镜，第二合束器，第二光电探测器，示波器以及处理器；所述测量镜安装在待测物体上，待测距离为待测物体距离准直器的距离；所述激光源用于产生信号光；所述第一声光调制器用于向该信号光注入频率调制信号，使该信号光在中心频率处周期抖动，产生频率周期抖动的调制音符；所述第一分束器用于将周期抖动的信号光分成两束；所述第二声光调制器和所述第三声光调制器用于分别对所述第一分束器所分的两束光注入不同的频率，得到具有不同中心频率的两束光；所述光纤连接所述第二声光调制器，用于传输所述第二声光调制器调制输出...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵成刚，许茗洋，吴翰钟，罗丹，职佳文，谈玉杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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