CN108375777A - 一种针对测距系统的光学延迟校准方法及系统 - Google Patents

一种针对测距系统的光学延迟校准方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对测距系统的光学延迟校准方法及系统,其中系统包括依次连接的可调制光源模块、光学延迟模块、光电转换模块、电信号放大模块,所述可调制光源模块,用于输出延迟用的第一光信号,并将测距系统输出的测距第一电信号调制到所述第一光信号中,生成第二光信号;所述光学延迟模块,用于设置光学延迟组合,所述第二光信号经过所述光学延迟组合,生成第三光信号;所述光电转换模块,用于将所述第三光信号转换为第二电信号;所述电信号放大模块,用于放大所述第二电信号,生成第三电信号,输出至所述测距系统。该系统能在其测距范围内对不同测距长度均实现可靠、准确、简单的标定、校准。

Description

一种针对测距系统的光学延迟校准方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星测距系统校准技术领域,特别是涉及一种针对测距系统的光学延迟校准方法及系统。
背景技术
测距系统在进行距离测量前,需要对其测量的距离进行校准,校准其测量值与实际距离之间的测量误差,判断测量误差是否满足测量的精度要求。
卫星测距系统在对目标进行测量之前,必须先对测距系统自身进行零值校准,再对目标进行测距,从所测的距离值中扣掉零值,才能得到目标的真实距离。由于卫星测距系统需长期测控,同时进行测量的频率较高,所以每次测距前都必须进行一次测距校零的操作。通常零值校准采用标准电缆进行。
但是由于卫星测距系统的测量校准过程相对复杂,且测距系统测量距离非常长,卫星测距通常仅仅进行零值校准。因此对于卫星测距系统,如何能在其测距范围内对不同测距长度均实现可靠、准确、简单的标定、校准,是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是使得卫星测距系统能在其测距范围内对不同测距长度均实现可靠、准确、简单的标定、校准,具体的,本发明提供了一种针对测距系统的光学延迟校准系统,采用光学延迟产生多个延迟信号,能实现对零值以外的多个测量距离进行校准。
具体的,一种针对测距系统的光学延迟校准系统包括依次连接的可调制光源模块、光学延迟模块、光电转换模块、电信号放大模块;
所述可调制光源模块,用于输出延迟用的第一光信号,并将测距系统输出的测距第一电信号调制到所述第一光信号中,生成第二光信号;
所述光学延迟模块,用于设置光学延迟组合,所述第二光信号经过所述光学延迟组合,生成第三光信号;
所述光电转换模块,用于将所述第三光信号转换为第二电信号;
所述电信号放大模块,用于放大所述第二电信号,生成第三电信号,输出至所述测距系统。
可选的,所述可调制光源模块包括光源单元和光调制器单元,
所述光源单元,用于输出延迟用的第一光信号;
所述光调制器单元,用于将测距系统输出的测距第一电信号调制到所述第一光信号中,生成第二光信号。
可选的,所述第一电信号为用于距离测量的侧音信号。
可选的,所述光学延迟组合是由多个光开关和多个光纤延迟环连接经过排列组合产生,并由光开关切换选择所述第二光信号通过的链路实现不同光学延迟长度。
可选的,所述光学延迟组合采用网络拓扑结构实现。
本发明还提供了一种针对测距系统的光学延迟校准方法,包括:
输出延迟用的第一光信号;
将测距系统输出的测距第一电信号调制到所述第一光信号中,生成第二光信号;
设置光学延迟组合,所述第二光信号经过所述光学延迟组合,生成第三光信号;
将所述第三光信号经过光电转换为第二电信号;
放大所述第二电信号,生成第三电信号,输出至所述测距系统。
可选的,所述第一电信号为用于距离测量的侧音信号。
可选的,所述第一电信号频率范围为2Hz-100kHz,经调制后生成所述第二光信号频率范围为66MHz-74MHz。
可选的,所述光学延迟组合是由多个光开关和多个光纤延迟环连接经过排列组合产生,并由光开关切换选择所述第二光信号通过的链路实现不同光学延迟长度。
可选的,所述光学延迟组合采用网络拓扑结构实现。
与现有技术相比,本发明提供的一种针对测距系统的光学延迟校准系统包括依次连接的可调制光源模块、光学延迟模块、光电转换模块、电信号放大模块;
所述可调制光源模块,用于输出延迟用的第一光信号,并将测距系统输出的测距第一电信号调制到所述第一光信号中,生成第二光信号;
所述光学延迟模块,用于设置光学延迟组合,所述第二光信号经过所述光学延迟组合,生成第三光信号;
所述光电转换模块,用于将所述第三光信号转换为第二电信号;
所述电信号放大模块,用于放大所述第二电信号,生成第三电信号,输出至所述测距系统。
本发明提供的校准系统采用光学延迟产生多个延迟信号,对零值以外的多个测量距离进行校准。这种光学延迟的方法,延迟链路容易组合成网络,同时采用光纤延迟环可以实现长距离延迟,且体积小,受环境影响小。对于卫星测距系统在其测距范围内对不同测距长度均实现可靠、准确、简单的标定和校准。
附图说明
图1为本申请中所述针对测距系统的光学延迟校准系统的一种具体实施方式的结构示意图;
图2本申请中所述针对测距系统的光学延迟校准系统的另一种具体实施方式的结构示意图;
图3为本申请中的一种光学延迟组合的示意图;
图4为本申请所述校准系统又一种具体实施方式的结构示意图。
其中,图1-图4中的附图标记和部件名称之间的对应关系如下:
1,可调制光源模块,
11,光源单元,
12,光调制器单元,
2,光学延迟模块,
21,光开关,
211,1×2光开关,
212,2×2光开关,
22,光纤延迟环,
3,光电转换模块,
4,电信号放大模块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本申请中所述针对测距系统的光学延迟校准系统的一种具体实施方式的结构示意图;
图2本申请中所述针对测距系统的光学延迟校准系统的另一种具体实施方式的结构示意图;
图3为本申请中的一种光学延迟组合的示意图;
图4为本申请所述校准系统又一种具体实施方式的结构示意图。
本发明提供了一种针对测距系统的光学延迟校准系统,如图1所示,在一种具体的实施方式中,系统包括依次连接的可调制光源模块1、光学延迟模块2、光电转换模块3、电信号放大模块4;
可调制光源模块1,用于输出延迟用的第一光信号,并将测距系统输出的测距第一电信号调制到第一光信号中,生成第二光信号;
光学延迟模块2,用于设置光学延迟组合,第二光信号经过光学延迟组合,生成第三光信号;
光电转换模块3,用于将第三光信号转换为第二电信号;
电信号放大模块4,用于放大第二电信号,生成第三电信号,输出至测距系统。
本发明提出通过设置光学延迟模块2,产生多个延迟信号,对零值以外的多个测量距离进行校准。这种光学延迟的方法,延迟链路容易组合成网络,同时采用光纤延迟环可以实现长距离延迟,且体积小,受环境影响小。对于卫星测距系统在其测距范围内对不同测距长度均实现可靠、准确、简单的标定和校准。
该系统的工作过程和原理如下:
测距校准的显示值为时间,本方法把延迟时间溯源至光纤的距离及折射率上。
t=(l*n)/c
其中:
t :时间;
l :光纤长度;
n :光纤折射率;
c :真空中光速;
测距系统输出的测距第一电信号,可调制光源模块1产生延迟用第一光信号,并将测距系统输出的测距第一电信号调制到第一光信号中,生成第二光信号;
该测距第一电信号可采用PM调制的信号,采用用于距离测量的侧音信号,可调制光源模块1第一电信号调制到第一光信号中,从频率范围2Hz-100kHz被调制到频率为66MHz-74MHz的中频信号中,形成第二光信号进入光学延迟模块2。
光学延迟模块2设置有不同的光学延迟组合,被调制的第一光信号,即第二光信号经过光学延迟模块2设置的不同的光学延迟组合,从而产生一组用于校准的光学延迟,这组光学延迟对应不同的校准长度。
具体的,光学延迟组合是由多个光开关和光纤延迟环经过排列组合产生,并由光开关切换选择第二光信号通过的链路实现不同光学延迟长度,形成第三光信号。
经过光学延迟网络后的第三光信号经过光电转换模块3转换为第二电信号,再经过电信号放大模块4形成第三电信号输出到测距系统。测距系统根据自身输出的测量第一电信号和接收到的经过光学延迟系统后的第三电信号来进行相位解调,提取出测距用侧音信号经过延迟后的相位变化来进行距离计算,并根据实际光学延迟系统产生的长度进行校准,此处的长度为空气或真空中的延迟长度。
具体的,可调制光源模块1可以选择集成模块,如直调激光器,也可分别选用光源单元11和光调制器单元12实现,二者皆可完成输出延迟用光信号,将测距系统输出的电信号调制到光信号中的工作。若选用后者实现,如图2所示,则:
光源单元11,可采用激光器,用于输出延迟用的第一光信号;
光调制器单元12,用于将测距系统输出的测距第一电信号调制到第一光信号中,生成第二光信号。
实际应用中,第一电信号可以为用于距离测量的侧音信号。
侧音,即是一单频正弦波。如 s(t)=Acos(2π*f1*t),把这个频率为f1的侧音作为基带信号调制到载波上发射出去,经目标转发后被接收解调,此接收的侧音信号相对于发射信号在相位上延迟了Δφ,即有相位差Δφ。 反映了发射点--目标--接收点之间的距离和S。只要测出相位差,就可得知目标距离R。
在具体的实施方式中,光学延迟组合是由多个光开关和多个光纤延迟环连接经过排列组合产生,并由光开关切换选择第二光信号通过的链路实现不同光学延迟长度。
另外,光学延迟组合可采用网络拓扑结构实现。
例如,其中一种网络结构如图3所示,光学延迟模块2为光开关与光纤延迟环连接组成。2个1×N的光开关与M个光开关和(M-1)×N个光纤延迟环组成的一种光学延迟网络。选择不同的光路可以产生不同的时间延迟,即通过控制光走不通路径,改变光在网络中走过的时间来产生延迟,经过全部的光纤延迟环可以产生N× (2M-1-1) t的时间延迟。
需要说明的是,附图3中的线表示光走的路径,其中光开关为线路中的分叉点,1×2光开关211为1分2光路,2×2光开关212为2分2光路。附图3中的圆环表示光纤延迟环,有圆环的光路表示此路包含光纤延迟环,没有圆环光路表示此路没有光纤延迟环,为了示意,环的多少表示光纤延迟环长度的增加。
如图4所示,在又一种具体的实施方式中,该系统包括依次连接的直调激光器、光学延迟模块2、光电探测器、放大器和衰减器,还包括控制电路和工控主机,控制电路和工控主机之间由RS232接口连接。控制电路与光开关和光学延迟环器件连接,光学延迟组合是由多个光开关和光纤延迟环经过排列组合产生,并由光开关切换选择第二光信号通过的链路实现不同光学延迟长度,因此工控主机可通过控制电路对光学延迟组合进行调控和设置,以实现不同的光学延迟长度。
此处放大器和衰减器主要是为了实现对最终输出信号幅度的匹配,如信号太强可用衰减器进行衰减,如果信号太弱则可用放大器进行放大。
该实施方式中,系统采用直调激光器,由输入信号直接进行调制,经过光开关和延迟环网络,光开关和光纤延迟环的延迟组合,实现了两档延迟组合,第一档以t为时间间隔,实现了0-10t的组合,第二档以10t为时间间隔,实现了10t-100t的延迟组合。延迟后的第三光信号经过光电探测器解调,根据输入功率进行放大和衰减,最终输出需要的信号。
需要说明的是,实际应用中,也可以采用1,2,3,4组合为10进制的时基组合。
本发明提供的校准系统通过电—光、光—电转换,在光信号上通过光开关、光学延迟环等的组合实现多种延迟组合;采用光学延迟网络产生多个延迟信号模拟不同长度距离用于测距校准;可实现多个测距校准信号对零值以外的不同距离范围进行校准的目的;可应用于测距测控,雷达等的时间延迟测试及校准设备。
本发明还提供了一种针对测距系统的光学延迟校准方法,包括:
输出延迟用的第一光信号;
将测距系统输出的测距第一电信号调制到第一光信号中,生成第二光信号;
设置光学延迟组合,第二光信号经过光学延迟组合,生成第三光信号;
将第三光信号经过光电转换为第二电信号;
放大第二电信号,生成第三电信号,输出至测距系统。
本发明提出采用光学延迟产生多个延迟信号,对零值以外的多个测量距离进行校准。这种光学延迟的方法,延迟链路容易组合成网络,同时采用光纤延迟环可以实现长距离延迟,且体积小,受环境影响小。对于卫星测距系统在其测距范围内对不同测距长度均实现可靠、准确、简单的标定和校准。
具体的,第一电信号为用于距离测量的侧音信号。光学延迟组合是由多个光开关和多个光纤延迟环连接经过排列组合产生,并由光开关切换选择第二光信号通过的链路实现不同光学延迟长度。光学延迟组合可采用网络拓扑结构实现。
优选的,第一电信号频率范围为2Hz-100kHz,经调制后生成第二光信号频率范围为66MHz-74MHz。
本发明提供的校准方法通过电—光、光—电转换,在光信号上通过光开关、光学延迟环等的组合实现多种延迟组合;采用光学延迟网络产生多个延迟信号模拟不同长度距离用于测距校准;可实现多个测距校准信号对零值以外的不同距离范围进行校准的目的;可应用于测距测控,雷达等的时间延迟测试及校准设备。
在本发明实施例所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是光学的,电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种针对测距系统的光学延迟校准系统,其特征在于,包括依次连接的可调制光源模块、光学延迟模块、光电转换模块、电信号放大模块;
所述可调制光源模块,用于输出延迟用的第一光信号,并将测距系统输出的测距第一电信号调制到所述第一光信号中,生成第二光信号;
所述光学延迟模块,用于设置光学延迟组合,所述第二光信号经过所述光学延迟组合,生成第三光信号;
所述光电转换模块,用于将所述第三光信号转换为第二电信号;
所述电信号放大模块,用于放大所述第二电信号,生成第三电信号,输出至所述测距系统。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述可调制光源模块包括光源单元和光调制器单元,
所述光源单元,用于输出延迟用的所述第一光信号;
所述光调制器单元,用于将所述测距系统输出的所述测距第一电信号调制到所述第一光信号中,生成所述第二光信号。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第一电信号为用于距离测量的侧音信号。
4.根据权利要求1-3任一所述的系统,其特征在于,所述光学延迟组合是由多个光开关和多个光纤延迟环连接经过排列组合产生,并由光开关切换选择所述第二光信号通过的链路实现不同光学延迟长度。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述光学延迟组合采用网络拓扑结构实现。
6.一种针对测距系统的光学延迟校准的方法,其特征在于,包括:
输出延迟用的第一光信号;
将测距系统输出的测距第一电信号调制到所述第一光信号中,生成第二光信号;
设置光学延迟组合,所述第二光信号经过所述光学延迟组合,生成第三光信号;
将所述第三光信号经过光电转换为第二电信号;
放大所述第二电信号,生成第三电信号,输出至所述测距系统。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述第一电信号为用于距离测量的侧音信号。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述第一电信号频率范围为2Hz-100kHz,经调制后生成所述第二光信号频率范围为66MHz -74MHz。
9.根据权利要求6-8任一所述的方法,其特征在于,所述光学延迟组合是由多个光开关和多个光纤延迟环连接经过排列组合产生,并由光开关切换选择所述第二光信号通过的链路实现不同光学延迟长度。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述光学延迟组合采用网络拓扑结构实现。
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