本发明专利技术公开了一种相干相推体制的光学测距方法，用单频微波信号对光载波信号进行双边带调制，令所生成调制光信号经过待测光链路后将其偏振分束为水平和垂直偏振方向的两束探测光信号，并将本振光信号偏振分束为水平和垂直偏振方向的两束本振光信号；将水平偏振方向的本振光信号与探测光信号、垂直偏振方向的本振光信号与探测光信号分别依次进行合束、光电探测、包络检波后，将所得到的两路电信号进行合束，生成待测电信号；检测所述单频微波信号的二倍频信号与待测电信号中相应频率分量间的相位差，并依据所述相位差计算出待测光链路的距离。本发明专利技术还公开一种相干相推体制的光学测距装置。本发明专利技术可有效提高相干相推体制的光学测距精度。学测距精度。学测距精度。
【技术实现步骤摘要】
一种相干相推体制的光学测距方法及装置
[0001]本专利技术涉及一种光学测距方法，尤其涉及一种相干相推体制的光学测距方法及装置。
技术介绍
[0002]光学测距是一种非接触式的测量技术，其具有高方向性、高单色性、精度高、测量速度快等特点，被广泛应用于尺寸测量、位置测量、形变检测、传感定位、主动式光学成像等场景。光相推测距是一种能够实现高精度、大范围的激光测距方法，其原理为对激光信号进行强度调制，经过待测光链路后该强度调制信号会相应产生相移，通过调制信号的相移可计算相应的待测光链路的距离。由于精度溯源于调制信号的相位，测距精度相比于脉冲法和三角测量法可提高3～4个数量级。
[0003]目前的光相推测距系统主要通过非相干体制和相干体制两种方法实现。非相干体制直接对探测光信号进行光电转换，该方案的测量信噪比与待测链路的损耗呈平方关系，在测量大损耗链路时精度急剧下降。对于一些特定的测量场景，如大气湍流和雨雾漫反射将导致测量链路功率剧烈抖动，非相干体制的光相推测距系统已经无法保持高精度的测距能力。而相干体制通过本振光信号补充光电转换时的功率损耗，其测量灵敏度优于非相干体制，且对测量路功率抖动不敏感。但是相干体制的光相推测距系统面临三大问题：一是探测光和本振光偏振态不同，导致偏振衰落，在光电转换时引入额外的幅度抖动；二是探测光和本振光在不锁定的情况存在相对的相位噪声，二者的相位噪声之差在光电转换时将转换为电信号的相位抖动，引入额外相位测量误差；三是在探测光链路存在相对运动时，探测光将引入多普勒频移，而在光电转换后的电信号将保留该多普勒频移，进而引入额外相位测量误差。现有技术大多只能对其中一种测量误差进行针对性消除或抑制，目前尚无对这三种测量误差同时进行消除的方法，严重制约相干体制下的光相推测距系统的性能和应用范围。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种可同时消除相干接收体制下激光相位噪声、多普勒效应、偏振衰落对光相推测距系统的影响，有效提高相干相推体制的光学测距精度。
[0005]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0006]一种相干相推体制的光学测距方法，用单频微波信号对光载波信号进行双边带调制，令所生成调制光信号经过待测光链路后将其偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束探测光信号，并将本振光信号偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束本振光信号，所述光载波信号和本振光信号的频率差小于所述单频微波信号的频率；将水平偏振方向的本振光信号与探测光信号、垂直偏振方向的本振光信号与探测光信号分别依次进行合束、光电探测、包络检波后，将所得到的两路电信号进行合束，生成待测电信号；检测所
述单频微波信号的二倍频信号与待测电信号中相应频率分量间的相位差，并依据所述相位差计算出待测光链路的距离。
[0007]优选地，待测光链路的距离通过以下公式计算：
[0008][0009]其中，R为待测光链路的距离；c为光速；n为待测光链路的折射率；ω
m
为所述单频微波信号的频率；为所述单频微波信号的二倍频信号与待测电信号中相应频率分量间的相位差。
[0010]优选地，所述双边带调制为载波抑制双边带调制。
[0011]基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
[0012]一种相干相推体制的光学测距装置，包括：
[0013]探测光路单元，用于用单频微波信号对光载波信号进行双边带调制，并令所生成调制光信号经过待测光链路后将其偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束探测光信号；
[0014]本振光路单元，用于将本振光信号偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束本振光信号，所述光载波信号和所述本振光信号的频率差小于所述单频微波信号的频率；
[0015]相干解调单元，用于将水平偏振方向的本振光信号与探测光信号、垂直偏振方向的本振光信号与探测光信号分别依次进行合束、光电探测、包络检波后，将所得到的两路电信号进行合束，生成待测电信号；
[0016]测量单元，用于检测所述单频微波信号的二倍频信号与待测电信号中相应频率分量间的相位差，并依据所述相位差计算出待测光链路的距离。
[0017]优选地，测量单元通过以下公式计算待测光链路的距离：
[0018][0019]其中，R为待测光链路的距离；c为光速；n为待测光链路的折射率；ω
m
为所述单频微波信号的频率；为所述单频微波信号的二倍频信号与待测电信号中相应频率分量间的相位差。
[0020]优选地，所述双边带调制为载波抑制双边带调制。
[0021]相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：
[0022]本专利技术通过偏振分集和电信号合束，消除了偏振衰落对测量的影响，通过包络检波过程，消除了本振光信号和探测光信号的相位噪声和待测光链路上引入的多普勒效应的误差，可有效提高相干相推体制的光学测距精度，且系统构成简单，实现成本低。
附图说明
[0023]图1为本专利技术光学测距装置一个具体实施例的结构原理示意图。
具体实施方式
[0024]相干接收体制可以显著提高测量系统的接收灵敏度，使系统获得较高本振增益，从而提高测量精度。但是目前相干接收体制下的光相推测距方案仍存在偏振衰落、多普勒敏感等问题尚未解决，严重制约其测量使用场景，为解决这一问题，本专利技术的解决思路是采用偏振分集和包络检波的技术，在模拟域上同时对消本振光源的相位噪声、测量路偏振衰落、多普勒频移等误差，从而实现相干体制下高精度光相推测距系统。
[0025]本专利技术所提出的相干相推体制的光学测距方法，具体如下：
[0026]用单频微波信号对光载波信号进行双边带调制，令所生成调制光信号经过待测光链路后将其偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束探测光信号，并将本振光信号偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束本振光信号，所述光载波信号和所述本振光信号的频率差小于所述单频微波信号的频率；将水平偏振方向的本振光信号与探测光信号、垂直偏振方向的本振光信号与探测光信号分别依次进行合束、光电探测、包络检波后，将所得到的两路电信号进行合束，生成待测电信号；检测所述单频微波信号的二倍频信号与待测电信号中相应频率分量间的相位差，并依据所述相位差计算出待测光链路的距离。
[0027]本专利技术所提出的相干相推体制的光学测距装置，包括：
[0028]探测光路单元，用于用单频微波信号对光载波信号进行双边带调制，并令所生成调制光信号经过待测光链路后将其偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束探测光信号；
[0029]本振光路单元，用于将本振光信号偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束本振光信号，所述光载波信号和所述本振光信号的频率差小于所述单频微波信号的频率；
[0030]相干解调单元，用于将水平偏振方向的本振光信号与探测光信号、垂直偏振方向的本振光信号与探测光信号分别依次进行合束、光电探测、包络检波后，将所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种相干相推体制的光学测距方法，其特征在于，用单频微波信号对光载波信号进行双边带调制，令所生成调制光信号经过待测光链路后将其偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束探测光信号，并将本振光信号偏振分束为水平偏振方向和垂直偏振方向的两束本振光信号，所述光载波信号和本振光信号的频率差小于所述单频微波信号的频率；将水平偏振方向的本振光信号与探测光信号、垂直偏振方向的本振光信号与探测光信号分别依次进行合束、光电探测、包络检波后，将所得到的两路电信号进行合束，生成待测电信号；检测所述单频微波信号的二倍频信号与待测电信号中相应频率分量间的相位差，并依据所述相位差计算出待测光链路的距离。2.如权利要求1所述相干相推体制的光学测距方法，其特征在于，待测光链路的距离通过以下公式计算：其中，R为待测光链路的距离；c为光速；n为待测光链路的折射率；ω
m
为所述单频微波信号的频率；为所述单频微波信号的二倍频信号与待测电信号中相应频率分量间的相位差。3.如权利要求1所述相干相推体制的光学测距方法，其特征在于，所述双边带调制为载波抑制双边带调制。4.一种相干相推体制的光学测距装置，其特征在于，包...
【专利技术属性】
技术研发人员：王祥传，王立晗，潘时龙，王静娴，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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