本發(fā)明涉及一種調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距中激光器跳摸影響的抑制方法。

背景技術(shù)：

調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距是具有高精度、無(wú)盲區(qū)、可實(shí)現(xiàn)無(wú)合作目標(biāo)測(cè)距等優(yōu)點(diǎn)的絕對(duì)式激光干涉測(cè)距方法，是激光測(cè)距領(lǐng)域的重要研究方向，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距的基本原理是對(duì)發(fā)射激光的光頻進(jìn)行線性調(diào)制，發(fā)射激光經(jīng)過(guò)干涉系統(tǒng)測(cè)量臂到達(dá)被測(cè)目標(biāo)后，反射回探測(cè)器表面形成測(cè)量信號(hào)與參考臂的參考信號(hào)發(fā)生差頻干涉得到拍頻信號(hào)，對(duì)拍頻信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量得到測(cè)量距離。其測(cè)量精度正比于激光光頻的調(diào)制范圍與調(diào)制線性度，通過(guò)選擇外腔式可調(diào)諧激光器可以實(shí)現(xiàn)大范圍的激光光頻調(diào)制范圍，利用等光頻間隔重采樣法可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制線性度的矯正，實(shí)現(xiàn)高精度的距離測(cè)量。

等光頻間隔重采樣調(diào)頻連續(xù)波測(cè)量系統(tǒng)中，采用的外腔式可調(diào)諧激光器作為光源，其激光頻率調(diào)諧結(jié)構(gòu)中包含有機(jī)械部件，在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)跳動(dòng)、遲滯等現(xiàn)象，導(dǎo)致輸出激光信號(hào)出現(xiàn)跳摸，令測(cè)量精度嚴(yán)重下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有利用外腔式可調(diào)諧激光器做為光源的調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)的不足，提出一種信號(hào)處理方法，快速有效地抑制外腔式可調(diào)諧激光器跳摸導(dǎo)致的調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量精度下降現(xiàn)象。

本發(fā)明的具體步驟如下：

步驟1、搭建雙干涉光路調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)，可調(diào)諧激光器發(fā)射光頻線性調(diào)制的窄線寬激光，分別進(jìn)入測(cè)量干涉系統(tǒng)和參考干涉系統(tǒng)，得到兩路頻率不相等的正弦波信號(hào)；其中，測(cè)量干涉系統(tǒng)中，激光被分為兩路，一路激光被逆反射棱鏡反射后與另一路發(fā)生干涉得到正弦波信號(hào)。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道一和通道二分別對(duì)測(cè)量干涉系統(tǒng)和參考干涉系統(tǒng)的正弦波信號(hào)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，得到離散數(shù)字信號(hào)sig1和sig2。

步驟2、利用差分法計(jì)算離散數(shù)字信號(hào)sig2的極大值和極小值，極大值數(shù)組為maxs＝{a1,a2,a3,…,an}，極小值數(shù)組為mins＝{b1,b2,b3,…,bm}。

步驟3、將極大值數(shù)組和極小值數(shù)組按照采樣時(shí)間順序合并為一個(gè)數(shù)組extr＝{e1,e2,e3,…,ea,…,ek}，其中，k＝m+n，1≤a≤k；ea根據(jù)a的值按下述兩種方式中的一種取極大值或極小值：(1)a為奇數(shù)時(shí)，ea取極大值，a為偶數(shù)時(shí)，ea取極小值；(2)a為奇數(shù)時(shí)，ea取極小值，a為偶數(shù)時(shí)，ea取極大值。

步驟4、計(jì)算離散數(shù)字信號(hào)sig2的均值mean。

步驟5、找出極大值數(shù)組中所有小于均值mean的元素ai，從數(shù)組extr中刪除與元素ai采樣時(shí)間相同的元素ei，若元素ei前一采樣時(shí)刻還有元素，則刪除元素e(i-1)。

步驟6、找出極小值數(shù)組中所有大于均值mean的元素bi，從數(shù)組extr中刪除與元素bi采樣時(shí)間相同的元素ei，若元素ei前一采樣時(shí)刻還有元素，則刪除元素e(i-1)，得到極值數(shù)組extrp。

步驟7、將極值數(shù)組extrp中的各個(gè)元素作為采樣點(diǎn)，對(duì)離散數(shù)字信號(hào)sig1進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻譜圖中主瓣峰值對(duì)應(yīng)的頻率，然后根據(jù)該頻率計(jì)算被測(cè)目標(biāo)的距離。

所述的步驟1進(jìn)一步描述為：在測(cè)量干涉系統(tǒng)中，一路激光依次經(jīng)過(guò)光環(huán)行器和準(zhǔn)直透鏡投射至逆反射棱鏡，被逆反射棱鏡反射后再依次經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡和光環(huán)行器反射至第一光電探測(cè)器表面與另一路激光匯合，發(fā)生干涉，得到正弦波信號(hào)。參考干涉系統(tǒng)中，延遲光纖令進(jìn)入?yún)⒖几缮嫦到y(tǒng)兩個(gè)干涉臂的激光出現(xiàn)光程差，在第二光電探測(cè)器表面發(fā)生干涉，得到正弦波信號(hào)。

所述可調(diào)諧激光器采用中心波長(zhǎng)為1500～1600nm的外腔式窄線寬可調(diào)諧激光器。

所述的參考干涉系統(tǒng)為不等臂馬赫增德爾干涉系統(tǒng)。

與現(xiàn)有處理調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距信號(hào)的方法相比，本發(fā)明的有益效果是：可以快速有效抑制可調(diào)諧激光器跳模所導(dǎo)致的測(cè)量精度下降問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明中雙干涉光路調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距中激光器跳模影響的抑制方法，具體步驟如下：

步驟1、如圖1和2所示，搭建雙干涉光路調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)，包括可調(diào)諧激光器1、測(cè)量干涉系統(tǒng)、參考干涉系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5、第一光電探測(cè)器6和二光電探測(cè)器7?？烧{(diào)諧激光器1發(fā)射光頻線性調(diào)制的窄線寬激光，分別進(jìn)入測(cè)量干涉系統(tǒng)和參考干涉系統(tǒng)。在測(cè)量干涉系統(tǒng)中，激光被分為兩路，其中一路激光依次經(jīng)過(guò)光環(huán)行器2和準(zhǔn)直透鏡3投射至逆反射棱鏡4，被逆反射棱鏡4反射后再依次經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡3和光環(huán)行器2投射至第一光電探測(cè)器6表面與另一路激光匯合，發(fā)生干涉，得到拍頻信號(hào)beat1。參考干涉系統(tǒng)為不等臂馬赫增德爾干涉系統(tǒng)，延遲光纖8令進(jìn)入?yún)⒖几缮嫦到y(tǒng)兩個(gè)干涉臂的激光出現(xiàn)光程差，在第二光電探測(cè)器7表面發(fā)生干涉，得到拍頻信號(hào)beat2。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5的通道ch1和通道ch2分別對(duì)測(cè)量干涉系統(tǒng)得到的拍頻信號(hào)beat1和參考干涉系統(tǒng)得到的拍頻信號(hào)beat2進(jìn)行采集，得到信號(hào)sig1和sig2。

步驟2、利用差分法計(jì)算離散數(shù)字信號(hào)sig2的極大值和極小值，極大值數(shù)組為maxs＝{a1,a2,a3,…,an}，極小值數(shù)組為mins＝{b1,b2,b3,…,bm}。

步驟3、將極大值數(shù)組和極小值數(shù)組按照采樣時(shí)間順序合并為一個(gè)數(shù)組extr＝{e1,e2,e3,…,ea,…,ek}，其中，k＝m+n，1≤a≤k；ea根據(jù)a的值按下述兩種方式中的一種取極大值或極小值：(1)a為奇數(shù)時(shí)，ea取極大值，a為偶數(shù)時(shí)，ea取極小值；(2)a為奇數(shù)時(shí)，ea取極小值，a為偶數(shù)時(shí)，ea取極大值。

步驟4、計(jì)算離散數(shù)字信號(hào)sig2的均值mean。

步驟5、找出極大值數(shù)組中所有小于均值mean的元素ai，從數(shù)組extr中刪除與元素ai采樣時(shí)間相同的元素ei，若元素ei前一采樣時(shí)刻還有元素，則刪除元素e(i-1)。

步驟6、找出極小值數(shù)組中所有大于均值mean的元素bi，從數(shù)組extr中刪除與元素bi采樣時(shí)間相同的元素ei，若元素ei前一采樣時(shí)刻還有元素，則刪除元素e(i-1)，得到極值數(shù)組extrp。

步驟7、將極值數(shù)組extrp中的各個(gè)元素作為采樣點(diǎn)，對(duì)離散數(shù)字信號(hào)sig1進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻譜圖中主瓣峰值對(duì)應(yīng)的頻率，然后根據(jù)該頻率計(jì)算被測(cè)目標(biāo)的距離。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距中激光器跳模影響的抑制方法。外腔式可調(diào)諧激光器作為光源易導(dǎo)致輸出激光信號(hào)出現(xiàn)跳摸。本發(fā)明的可調(diào)諧激光器發(fā)射激光，分別進(jìn)入測(cè)量干涉系統(tǒng)和參考干涉系統(tǒng)，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集得到離散數(shù)字信號(hào)Sig1和Sig2；計(jì)算離散數(shù)字信號(hào)Sig2的極大值和極小值，將極大值和極小值按采樣時(shí)間合并為數(shù)組Extr；計(jì)算離散數(shù)字信號(hào)Sig2的均值，刪除數(shù)組Extr中小于均值的極大值和大于均值的極小值，得到極值數(shù)組；用極值數(shù)組的元素對(duì)離散數(shù)字信號(hào)Sig1進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻譜圖中主瓣峰值對(duì)應(yīng)的頻率；根據(jù)頻率計(jì)算被測(cè)目標(biāo)的距離。本發(fā)明可有效抑制可調(diào)諧激光器跳模。

技術(shù)研發(fā)人員：時(shí)光;王文;范緒銀;常宗杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.18
技術(shù)公布日：2017.08.29