一種利用相干探測雷射測速測距的方法及裝置的製作方法
2023-06-05 08:53:46
專利名稱：一種利用相干探測雷射測速測距的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射探測技術領域，尤其涉及一種利用相干探測雷射測速測距的方法及裝置。
背景技術：
測速測距相干雷射雷達是雷射雷達技術、相干探測技術、信號處理技術的綜合應用之一。廣泛的應用在航空航天、目標監控、風場測量等諸多領域，在軍事和民用領域都有著廣闊的應用前景。目前的雷射雷達大多單一測量目標的速度或者距離信息，測速測距主要有以下幾種方法第一種是採用微波雷達探測的方式，但是與雷射雷達探測方式相比，微波雷達波束寬、角解析度低、抗幹擾能力不強。第二種是採用雷射雷達直接探測的方式，直接探測與相干探測相比，其探測靈敏度大大降低，從而降低了雷射雷達的作用距離。第三種是採用雷射回波頻率調製相干的方式，這種方式要加入體積功耗大的聲光移頻器，信噪比不高，導致測量作用距離和精度不高。第四種是採用對雷射發射信號進行頻率三角波調製的方式進行探測，採用三角波調製時，三角波信號的非線性會導致測量精度降低。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種利用相干探測雷射測速測距的方法及裝置，克服現有技術測量作用距離近、精度低、以及測量設備體積重量大的缺陷。本發明採用的技術方案是，所述利用相干探測雷射測速測距的方法，包括採用調製信號對雷射源發出的雷射進行頻率調製得到調頻信號，所述調製信號的每個周期分為兩個階段，其中第一階段對所述雷射進行恆定頻率調製，第二階段對所述雷射進行正弦波或三角波調製；將所述調頻信號分為兩路，一路照射到目標物體並反射回波信號，另一路作為本振光與所述回波信號進行混頻後得到混頻信號；將混頻信號進行光電轉換後得到混頻電信號，基於所述混頻電信號每個周期第一階段的頻率信息解算出目標物體的速度，基於所述混頻電信號每個周期第二階段的頻率信息解算出雷射源距離目標物體的距離。進一步的，所述混頻電信號每個周期第一階段和第二階段的頻率信息的獲取過程，包括對經過光電轉換後得到的混頻電信號依次經過信號放大、帶通濾波、以及快速傅立葉變換後得到混頻電信號的頻率；基於混頻電信號的頻率分別確定所述混頻電信號每個周期內第一階段和第二階段的頻率平均值。進一步的，所述混頻電信號每個周期第一階段和第二階段的頻率信息的獲取過程，包括
對經過光電轉換後得到的混頻電信號依次經過信號放大、帶通濾波、以及快速傅立葉變換後得到混頻電信號的頻譜能量與頻率的對應關係；基於頻譜能量與頻率的對應關係，分別濾除所述混頻電信號每個周期內第一階段和第二階段中頻譜能量低於設定閾值的噪聲點頻率，然後分別確定濾除了噪聲點頻率的所述混頻電信號每個周期內第一階段和第二階段的頻率平均值。進一步的，所述帶通濾波的濾波範圍根據都卜勒效應由目標物體的速度範圍確定;所述信號放大的倍數由光電轉換的接收靈敏度確定。進一步的，所述基於所述混頻電信號每個周期第一階段的頻率信息解算出目標物體的速度，具體包括:將所述濾除了噪聲點頻率的所述混頻電信號每個周期第一階段的頻率平均值、雷射波長、以及雷射波束方向與目標物體運動方向的夾角帶入都卜勒效應公式，計算得出目標物體的速度；所述基於所述混頻電信號每個周期第二階段的頻率信息解算出雷射源距離目標物體的距離，具體包括:設雷射源距離目標物體的距離為R，則R的計算公式如下:
權利要求
1.一種利用相干探測雷射測速測距的方法，其特徵在於，包括: 採用調製信號對雷射源發出的雷射進行頻率調製得到調頻信號，所述調製信號的每個周期分為兩個階段，其中第一階段對所述雷射進行恆定頻率調製，第二階段對所述雷射進行正弦波或三角波調製； 將所述調頻信號分為兩路，一路照射到目標物體並反射回波信號，另一路作為本振光與所述回波信號進行混頻後得到混頻信號； 將混頻信號進行光電轉換後得到混頻電信號，基於所述混頻電信號每個周期第一階段的頻率信息解算出目標物體的速度，基於所述混頻電信號每個周期第二階段的頻率信息解算出雷射源距離目標物體的距離。
2.根據權利要求1所述的利用相干探測雷射測速測距的方法，其特徵在於，所述混頻電信號每個周期第一階段和第二階段的頻率信息的獲取過程，包括: 對經過光電轉換後得到的混頻電信號依次經過信號放大、帶通濾波、以及快速傅立葉變換後得到混頻電信號的頻率； 基於混頻電信號的頻率分別確定所述混頻電信號每個周期內第一階段和第二階段的頻率平均值。
3.根據權利要求1所述的利用相干探測雷射測速測距的方法，其特徵在於，所述混頻電信號每個周期第一階段和第二階段的頻率信息的獲取過程，包括: 對經過光電轉換後得到的混頻電信號依次經過信號放大、帶通濾波、以及快速傅立葉變換後得到混頻電信號的頻譜能量與頻率的對應關係； 基於頻譜能量與頻率的對應關係，分別濾除所述混頻電信號每個周期內第一階段和第二階段中頻譜能量低於設 定 閾值的噪聲點頻率，然後分別確定濾除了噪聲點頻率的所述混頻電信號每個周期內第一階段和第二階段的頻率平均值。
4.根據權利要求2或3所述的利用相干探測雷射測速測距的方法，其特徵在於，所述帶通濾波的濾波範圍根據都卜勒效應由目標物體的速度範圍確定；所述信號放大的倍數由光電轉換的接收靈敏度確定。
5.根據權利要求2或3所述的利用相干探測雷射測速測距的方法，其特徵在於，所述基於所述混頻電信號每個周期第一階段的頻率信息解算出目標物體的速度，具體包括: 將所述濾除了噪聲點頻率的所述混頻電信號每個周期第一階段的頻率平均值、雷射波長、以及雷射波束方向與目標物體運動方向的夾角帶入都卜勒效應公式，計算得出目標物體的速度； 所述基於所述混頻電信號每個周期第二階段的頻率信息解算出雷射源距離目標物體的距離，具體包括: 設雷射源距離目標物體的距離為R，則R的計算公式如下:
6.一種利用相干探測雷射測速測距的裝置，其特徵在於，包括: 調製模塊，用於採用調製信號對雷射源發出的雷射進行頻率調製得到調頻信號，所述調製信號的每個周期分為兩個階段，其中第一階段對所述雷射進行恆定頻率調製，第二階段對所述雷射進行正弦波或三角波調製； 分光模塊，用於將所述調頻信號分為兩路； 探測混頻模塊，用於將分光模塊分出的一路調頻信號照射到目標物體並反射回波信號，將另一路作為本振光與所述回波信號進行混頻後得到混頻信號； 光電轉換模塊，用於將混頻信號進行光電轉換後得到混頻電信號； 解算模塊，用於基於所述混頻電信號每個周期第一階段的頻率信息解算出目標物體的速度，基於所述混頻電信號每個周期第二階段的頻率信息解算出雷射源距離目標物體的距離。
7.根據權利要求6所述的利用相干探測雷射測速測距的裝置，其特徵在於，所述解算模塊，具體包括: 頻率信息獲取模塊，用於對經過光電轉換後得到的混頻電信號依次經過信號放大、帶通濾波、以及快速傅立葉變換後得到混頻電信號的頻率； 基於混頻電信號的頻率分別確定所述混頻電信號每個周期內第一階段和第二階段的頻率平均值。
8.根據權利要求6所述的利用相干探測雷射測速測距的裝置，其特徵在於，所述解算模塊，具體包括: 頻率信息獲取模塊，用於對經過光電轉換後得到的混頻電信號依次經過信號放大、帶通濾波、以及快速傅立葉變換後得到混頻電信號的頻譜能量與頻率的對應關係； 基於頻譜能量與頻率的對應關係`，分別濾除所述混頻電信號每個周期內第一階段和第二階段中頻譜能量低於設定閾值的噪聲`點頻率，然後分別確定濾除了噪聲點頻率的所述混頻電信號每個周期內第一階段和第二階段的頻率平均值。
9.根據權利要求7或8所述的利用相干探測雷射測速測距的裝置，其特徵在於，所述帶通濾波的濾波範圍根據都卜勒效應由目標物體的速度範圍確定；所述信號放大的倍數由光電轉換模塊的接收靈敏度確定。
10.根據權利要求7或8所述的利用相干探測雷射測速測距的裝置，其特徵在於，所述解算模塊，還包括: 速度解算模塊，用於將所述濾除了噪聲點頻率的所述混頻電信號每個周期第一階段的頻率平均值、雷射波長、以及雷射波束方向與目標物體運動方向的夾角帶入都卜勒效應公式，計算得出目標物體的速度； 距離解算模塊，用於根據下面的公式計算出雷射源距離目標物體的距離為R，則，
全文摘要
本發明公開了一種利用相干探測雷射測速測距的方法及裝置，引入分兩個階段對雷射源發出的雷射進行頻率調製的調製信號，基於後續混頻信號中相應的兩個階段的頻率信息解算出目標物體速度和距測試設備的距離，與現有技術中全周期的三角波調製方式相比，可大大提高速度解算的信噪比，消除調製信號的線性度對測速測距造成的影響。同時，本發明在同一裝置中採用相干探測的方式，分兩階段對雷射進行頻率調製，既能測量運動物體距離信息，也能得到運動物體速度信息，而且保證了測量的精度和作用範圍。
文檔編號G01S17/58GK103076611SQ20131000681
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月9日 優先權日2013年1月9日
發明者劉波, 眭曉林, 張穎, 曹昌東, 吳健, 顏子恆, 熊文龍 申請人:中國電子科技集團公司第十一研究所