集成FP标准具的调频连续波激光测距方法   0    0

本发明公开了集成FP标准具的调频连续波激光测距方法。利用光纤马赫曾德尔干涉仪作为辅助干涉系统进行等光频间隔重采样，包含一段长光纤作为测量基准，稳定性较差，且存在色散现象。本发明通过在调频连续波激光测距系统中，增加FP标准具作为辅助测量系统，对采样信号进行等光频间隔重采样，然后利用希尔伯特变换算法对重采样信号进行处理，求得被测目标的绝对距离。本发明将FP标准具的腔长而非长光纤作为测距基准，克服了长光纤对环境敏感性以及光纤色散对测距精度影响，并且可以在激光器调制范围较小的情况下，实现更高精度的测量。

1.集成FP标准具的调频连续波激光测距方法，其特征在于：该方法具体如下：
步骤1、搭建集成FP标准具的调频连续波激光测距系统，该激光测距系统中，可调谐激光器控制器控制可调谐激光器发射光频线性调制的窄线宽激光，激光依次经过光隔离器、准直透镜组和二分之一波片后，再经过偏振分光棱镜分为两路，分别进入测量干涉系统和FP干涉系统，在测量干涉系统和FP干涉系统中分别得到一路干涉信号；其中，FP干涉系统的FP标准具放置在真空腔内；
步骤2、高速数据采集系统的两路通道分别对测量干涉系统和参考干涉系统的干涉信号进行同步数据采集，得到信号sig1和sig2；将可调谐激光器的调制开始信号发出后信号sig2的第一个峰点作为起始点，可调谐激光器的调制终止信号发出前，信号sig2的最后一个峰值点作为终止点，设信号sig2在起始点和终止点之间包含起始点和终止点共有k个峰值点；
步骤3、在信号sig2的每一个峰值点位置对信号sig1进行二次采样，得到重采样信号sig3；
步骤4、记录信号sig2相邻两个峰值点之间信号sig1的极大值和极小值的数量之和，记为Mi，(i＝1,2,……,k-1)，计算得到Mi的平均值为Mmean；
步骤5、利用希尔伯特变换，求得重采样信号sig3的瞬时相位，并对得到的瞬时相位进行解缠绕后，得到一条递增的曲线；然后，利用最小二乘法对该曲线进行线性拟合，求得拟合后直线的斜率为l；令fI＝l/(2π)，fI即为重采样信号sig3的频率；
步骤6、利用以下公式计算得到被测目标的距离L；
其中，m为Mmean的整数部分，dFP为FP标准具的腔长，ng为空气的折射率。

2.根据权利要求1所述的集成FP标准具的调频连续波激光测距方法，其特征在于：所述可调谐激光器采用中心波长为633nm、调制范围为1nm的外腔式窄线宽可调谐激光器。

3.根据权利要求1或2所述的集成FP标准具的调频连续波激光测距方法，其特征在于：
所述的步骤1进一步描述为：在测量干涉系统中，激光被非偏振分光棱镜分为两路，分别被测量逆反射棱镜和参考逆反射棱镜反射，而后在非偏振分光棱镜的半透半反面汇合，再经由准直透镜进入光纤，经过50:50光纤耦合器分为两路，分别进入平衡探测器的两个探测口形成干涉信号。

4.根据权利要求1或2所述的集成FP标准具的调频连续波激光测距方法，其特征在于：
所述的步骤1进一步描述为：FP干涉系统中，激光依次经反射镜和一号凸透镜后进入FP标准具；FP标准具的出射激光经过二号凸透镜后在光电探测器表面聚焦，得到干涉信号。

5.根据权利要求4所述的集成FP标准具的调频连续波激光测距方法，其特征在于：通过调整偏振分光棱镜和反射镜的角度，令激光沿着FP标准具中心轴线的方向进入FP标准具，通过调整一号凸透镜的位置，令激光在FP标准具的中心聚焦。