一种提升测量动态范围的双波长测距系统及方法，采用包括两台不同波长的激光器的偏振光输出分系统为连续光发射源，通过电光调制器引入不同频率的射频调制信号，利用半波片及合束端分别进行保偏光纤中的快轴、慢轴对准实现不同波长在偏振和频率上的双重信道隔离，通过光纤放大器提高探测光的能量并通过光纤耦合器输出，利用基于光纤分束器的迈克尔逊干涉系统，通过电调延迟线改变干涉臂的长度，利用偏振分束器以及光电探测器实现高精度干涉背景下的模糊距离微米级调整，实现该测距系统的非模糊距离从公里级别到亚微米级别的变换以及待测目标相对位置精确测量，使其具备长距离、高精度的大动态范围测距能力。高精度的大动态范围测距能力。高精度的大动态范围测距能力。
【技术实现步骤摘要】
一种提升测量动态范围的双波长测距系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种提升测量动态范围的双波长测距系统及方法，属于光学测量领域。
技术介绍
[0002]随着人类工业发展的不断进步，大型结构距离测量、微小位移测量、自动驾驶、无人机飞行等工、商业测距方面均对测量精度提出了更高要求。近年来，人类在航空航天领域的探索方向不断向深空发展，需要更高精度的测距手段达到测量效果。高精度、实时性的距离测量技术对于卫星编队飞行、空间碎片探测、空间交会对接、引力波探测、地球重力场重建以及行星探测等空间科研项目具有重大意义。
[0003]传统的测距技术主要围绕微波测距开展研究。微波测距技术是利用波长为0.8～10cm的微波作为载波的电磁波测距方法。是将主、副两台仪器安置在测线两端，主台发射的测距信号被副台接收后，再由副台转发给主台，且在主台发射信号时，副台也同时发射信号给主台，经混频处理即可算出主台发射的信号往返于测线所产生的后滞相位差，进而推求待测距离。微波测距仪则是以双频雷达往复运动产生的多普勒信号实现对静止目标的精确测距。微波测距具有测量精度高、反应速度快、定向性好、非接触的优点。但微波测距设备生产成本昂贵、体积大、易受电磁干扰等缺点成为了阻碍其在空间测距方面的应用发展。
[0004]当前，激光测距技术作为激光跟踪、激光三维成像以及激光雷达(LiDAR)等高端技术的基本技术被广泛的应用于空间测距领域。激光测距技术是利用激光信号对目标的距离进行精确测量的技术。激光测距方法利用激光器向目标射出一束激光，光束经待测目标表面反射后由光电元件接收，测定激光束从发射到接收的时间，从而计算出所激光源到待测目标之间的距离。激光测距设备最主要的优势是其体积小、功耗低、易携带操作、运行成本低，同时其测量精度高、测量速度快等优势使其更加适合用于高端测量场景下。
[0005]基于激光测距的方法大致分为飞行时间法(TOF)、多波长干涉法、合成波长干涉法及调频连续波法等。每种方法均具有不同的优缺点，测量精度、测量速度与非模糊范围等维度均为评判测距系统性能好坏的依据，但平衡好这几个维度较为困难。因此，寻找一种既能提高测距精度，也能扩展非模糊范围的方法尤为重要，使得更高精度、更远距离的测距变为可能，为我国深空探测的进一步发展提供技术支持。
技术实现思路
[0006]本专利技术解决的技术问题是：针对目前现有技术中，缺少能够兼顾测距精度及扩展非模糊范围的方法，提出了一种提升测量动态范围的双波长测距系统及方法。
[0007]本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
[0008]一种提升测量动态范围的双波长测距系统，包括偏振光输出分系统、光纤分束器、光纤放大器、偏振分束器、电调延迟光纤、光纤耦合器、望远镜，偏振光输出分系统输出端连接光纤分束器输入端，光纤分束器输出端分别连接电调延迟光纤、光纤放大器，通过光纤放
大器依次连接光纤耦合器、望远镜，偏振分束器设置于偏振光输出分系统输出端、光纤分束器间，其中：
[0009]偏振光输出分系统向光纤分束器输出合束后光束，经光纤分束器分束后均输出至光纤放大器进行放大处理，一路放大处理后光束通过光纤耦合器、望远镜对待测物体表面进行照射；
[0010]电调延迟光纤设置于光纤分束器输出端与光纤放大器间，一路分束后光束经过电调延迟光纤改变干涉臂长度后返回光纤分束器；待测物体表面的反射光束传输至光纤分束器，与电调延迟光纤返送的光束相互干涉后经过偏振分束器进行偏振态光信号分离，分离后两路光信号经过与偏振分束器连接的光电探测器转换为电信号输出。
[0011]偏振光输出分系统包括第一激光器、第二激光器、第一电光调制器、第二电光调制器、第一半波片、第二半波片和合束端，其中：
[0012]第一激光器、第二激光器，分别向第一电光调制器、第二电光调制器发射不同波长的连续光源；第一电光调制器，对第一激光器发射的光束进行射频调制并输出；第二电光调制器，对第二激光器发射的光束进行射频调制并输出；第一半波片，对第一电光调制器输出光束进行偏振处理，将光束偏振方向与保偏光纤的慢轴对齐后输出至合束端；第二半波片，对第二电光调制器输出光束进行偏振处理，将光束偏振方向与保偏光纤的快轴对齐后输出至合束端；合束端，对两路光束进行合束后输出至光纤分束器。
[0013]待测物体与望眼镜的距离根据两路电信号输出计算确定，通过基于双波长的射频段合成波长算法以及微米级游标效应算法、基于正交测量与Lissajous图结合的目标相对位置判定算法实现。
[0014]所述第一激光器、第二激光器输出的两路连续光信号的波长根据待测物体测量任务需求确定；或通过一台激光器、移频装置输出不同频率的两路连续光信号；第一激光器、第二激光器的频率差或一台激光器输出的两路连续光信号的频率差根据待测物体测量任务的测量精度需求确定。
[0015]所述第一电光调制器通过调节射频输入信号，对第一激光器输出的连续光信号进行频率调节以提升对未知距离的待测物体的扫描，第二电光调制器对第二激光器输出的连续光信号进行频率调节以提升对未知距离的待测物体的扫描。
[0016]所述光电探测器采用光电倍增管或单光子探测阵列于相同输出功率下提升探测距离。
[0017]所述电调延迟光纤通过改变接收到的光束的干涉臂长度以改变延迟光程，对待测物体进行纳米级别非模糊距离扫描以提升测距精度。
[0018]根据双波长测距系统实现的提升测量动态范围的双波长测距方法，包括：
[0019]偏振光输出分系统的第一激光器、第二激光器分别输出不同波长的输出光信号，第一激光器通过第一电光调制器进行射频调制后输出光束并通过第一半波片进行偏振处理，向合束端输出第一路偏振处理后光束；第二激光器通过第二电光调制器进行射频调制后输出光束并通过第二半波片进行偏振处理，向合束端输出第二路偏振处理后光束；
[0020]通过合束端对两路偏振处理后光束进行合束后输出至光纤分束器；
[0021]光纤分束器输出的两路分束后光束，一路经光纤放大器放大处理后光束通过光纤耦合器、望远镜对待测物体表面进行照射，另一路分束后光束经过电调延迟光纤改变干涉
臂长度后返回光纤分束器；
[0022]利用光纤分束器接收待测物体表面的反射光束，与电调延迟光纤返送的光束相互干涉后向偏振分束器输入；
[0023]偏振分束器对相互干涉后的光束进行偏振态光信号分离，分离后两路光信号经过与偏振分束器连接的光电探测器转换为电信号输出。
[0024]偏振光输出分系统的第一激光器、第二激光器分别输出不同波长的输出光信号，两路输出光信号的频率差根据待测物体测量任务的测量精度需求确定。
[0025]待测物体与望眼镜的距离根据两路电信号输出计算确定，通过基于双波长的射频段合成波长算法以及微米级游标效应算法、基于正交测量与Lissajous图结合的目标相对位置判定算法实现。
[0026]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0027](1)本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提升测量动态范围的双波长测距系统，其特征在于：包括偏振光输出分系统、光纤分束器、光纤放大器、偏振分束器、电调延迟光纤、光纤耦合器、望远镜，偏振光输出分系统输出端连接光纤分束器输入端，光纤分束器输出端分别连接电调延迟光纤、光纤放大器，通过光纤放大器依次连接光纤耦合器、望远镜，偏振分束器设置于偏振光输出分系统输出端、光纤分束器间，其中：偏振光输出分系统向光纤分束器输出合束后光束，经光纤分束器分束后，一路经光纤放大器放大处理后通过光纤耦合器、望远镜对待测物体表面进行照射；电调延迟光纤设置于光纤分束器输出端与光纤放大器间，另一路分束后光束经过电调延迟光纤改变干涉臂长度后返回光纤分束器；待测物体表面的反射光束传输至光纤分束器，与电调延迟光纤返送的光束相互干涉后经过偏振分束器进行偏振态光信号分离，分离后两路光信号经过与偏振分束器连接的光电探测器转换为电信号输出。2.根据权利要求1所述的一种提升测量动态范围的双波长测距系统，其特征在于：偏振光输出分系统包括第一激光器、第二激光器、第一电光调制器、第二电光调制器、第一半波片、第二半波片和合束端，其中：第一激光器向第一电光调制器发射连续光束，第二激光器向第二电光调制器发射连续光束，第一激光器、第二激光器发射的连续光束波长不同；第一电光调制器，对第一激光器发射的光束进行射频调制并输出；第二电光调制器，对第二激光器发射的光束进行射频调制并输出；第一半波片，对第一电光调制器输出光束进行偏振处理，将光束偏振方向与保偏光纤的慢轴对齐后输出至合束端；第二半波片，对第二电光调制器输出光束进行偏振处理，将光束偏振方向与保偏光纤的快轴对齐后输出至合束端；合束端，对两路光束进行合束后输出至光纤分束器。3.根据权利要求1所述的一种提升测量动态范围的双波长测距系统，其特征在于：待测物体与望眼镜的距离根据两路电信号输出计算确定，通过基于双波长的射频段合成波长算法以及微米级游标效应算法、基于正交测量与Lissajous图结合的目标相对位置判定算法实现。4.根据权利要求1所述的一种提升测量动态范围的双波长测距系统，其特征在于：所述第一激光器、第二激光器输出的两路连续光信号的波长根据待测物体测量任务需求确定；或通过一台激光器、移频装置输出不同频率的两路连续光信号；第一激光器、第二激光器的频率差或一台激光器输出的两路连续光信号的频率差...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵卫岗，李小军，和新阳，葛锦蔓，李秋浓，康博超，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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