CN111679284B - 一种用于运动目标测量的双激光测距装置及方法 - Google Patents
一种用于运动目标测量的双激光测距装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111679284B CN111679284B CN202010547132.1A CN202010547132A CN111679284B CN 111679284 B CN111679284 B CN 111679284B CN 202010547132 A CN202010547132 A CN 202010547132A CN 111679284 B CN111679284 B CN 111679284B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- beam splitter
- signals
- moving object
- coupler
- path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 51
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 22
- 238000012952 Resampling Methods 0.000 claims description 17
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 10
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 9
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000013480 data collection Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/491—Details of non-pulse systems
- G01S7/4912—Receivers
- G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
- G01S7/4914—Circuits for detection, sampling, integration or read-out of detector arrays, e.g. charge-transfer gates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/491—Details of non-pulse systems
- G01S7/493—Extracting wanted echo signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供一种运动目标测量的双激光测距装置，所述第一可调谐激光器和第二可调谐激光器发出的激光信号分别经过第一分束器、第二分束器、第一耦合器耦合后进入主光路，剩余的两路信号分别进入第一辅助光路和第二辅助光路，主光路中的信号通过变焦透镜照射目标后原路返回至光路，信号经过耦合器耦合后被第一探测器采集；两路辅助光路中的信号被第二探测器和第三探测器采集，数据采集卡记录三路探测器采集的信号并输出至计算机，通过MUSIC算法进行信号处理，得到运动目标的相位信息。通过该发明提高了对运动目标激光测量的精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量领域，尤其是涉及一种用于运动目标测量的双激光测距装置及方法。
背景技术
随着现代精密测量技术发展，激光测距技术在精密测量、工业设计和制造中的各个领域，例如空间定位、尺寸测量等，大尺寸高精度的测量问题也会随之出现。然而传统的测量方案存在精度低、效率低以及需要与接触被测工件等缺点。激光测距的技术是基于调频连续波激光探测技术，该技术作为一种新型相干探测技术，采用线性调频信号调制激光，通过比较发射信号与经过目标点反射的回波信号形成稳定的拍频进行频谱分析可以获得距离。调频连续波激光测距可实现高精度测距测量，其在激光雷达测距和测速中具有非常好的前景。但是对运动目标进行测量时时，当运动目标的速度变化太快，或者由于测量时的采样时间比较少所造成的数据量少，而导致对运动目标的测量精度降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于运动目标测量的双激光测距装置及方法，解决了上述技术问题，提高了对运动目标激光测量的精度。
根据本发明的目的提出的一种用于运动目标测量的双激光测距装置，包括第一可调谐激光器(1)、第一分束器(2)、第二可调谐激光器(3)、第二分束器(4)、第一耦合器(5)、主光路、第一辅助光路、第二辅助光路、数据采集卡(20)和计算机(21)，所述主光路包括第三分束器(6)、环形器(7)、变焦透镜(8)、第一延迟单模光纤(9)、第二耦合器(10)和第一探测器(11)，所述第二辅助光路包括第四分束器(12)、第二延迟单模光纤(13)、第三耦合器(14)和第二探测器(15)，所述第一辅助光路包括第五分束器(16)、第三延迟单模光纤(17)、第四耦合器(18)和第三探测器(19)，所述主光路、第一辅助光路和第二辅助光路的各光学器件之间通过光纤传输光信号，其中，所述第一可调谐激光器(1)输出的当前周期的正向扫频信号经过所述第一分束器(2)，所述第二可调谐激光器(3)输出的所述当前周期的反向扫频信号经过所述第二分束器(4)，将至少90％的正向扫频信号和至少90％的反向扫频信号在所述第一耦合器(5)进行耦合并进入所述主光路，经过所述主光路中的第三分束器(6)后，将其中一路信号穿过所述环形器(7)和变焦透镜(8)后照射到运动目标，然后反射信号沿相同路径返回，返回后的反射信号与所述第三分束器(6)分出的另一路信号在所述第二耦合器(10)中耦合，被所述第一探测器(11)检测到后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(20)采集；进入所述第一辅助光路的正向扫频信号被所述第五分束器(16)分成两路，一路通过所述第三延迟单模光纤(17)，另一路作用于本振光，然后两束光经过所述第四耦合器(18)耦合，由所述第三探测器(19)检测后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(20)记录；进入所述第二辅助光路的反向扫频信号被所述第四分束器(12)分成两路，一路通过所述第二延迟单模光纤(13)，另一路作用于本振光，然后两束光经过所述第三耦合器(14)耦合，由所述第二探测器(15)检测后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(20)记录；数据采集卡(20)将采集的数据传输到所述计算机(21)，所述计算机(21)对所述数据采集卡(20)采集的至少来自所述第一探测器(11)的信号利用MUSIC算法进行处理，获得所述运动目标的相位信息。
优选的，测量时，所述第一可调谐激光器(1)和第二可调谐激光器(3)以1KHz的频率稳定地输出激光信号。
优选的，所述变焦透镜(8)设置在一转动装置上，根据所述运动目标的位置调整所述变焦透镜(8)的方向，使所述变焦透镜(8)面向该运动目标。
优选的，所述第一分束器(2)为99：1分束器，其中99％的正向扫频信号经过该第一分束器(2)后进入第一耦合器(5)；
所述第二分束器(4)为99：1分束器，其中99％的反向扫频信号经过该第二分束器(4)后进入第一耦合器(5)。
优选的，所述第三分束器(6)为95:5分束器。
优选的，所述第四分束器(12)为50:50分束器，所述第五分束器(16)为50:50分束器。
优选的，所述主光路中的第一延迟单模光纤(9)和第一辅助光路中的第三延迟单模光纤(17)以及第二辅助光路中的第二延迟单模光纤(13)具有对光程的调节能力，所述第二耦合器(10)、第三耦合器(14)以及第四耦合器(18)中各自耦合的两路光在不同光程影响下发生干涉，所述第一探测器(11)、第二探测器(15)、第三探测器(19)将检测到的干涉信号转化为正弦形式信号输出并被所述数据采集卡(20)记录。
根据本发明的目的还提出了一种使用上述的双激光测距装置的运动目标测距方法，所述方法包括：
S1、采集主光路的运动目标的电压信号、第一辅助光路的第一重采样电压信号和第二辅助光路的第二重采样电压信号；
S2、以所述第一重采样电压信号和第二重采样电压信号分别对所述运动目标的电压信号进行重采样处理，获得所述运动目标的频谱信号；
S3、将所述运动目标的频谱信号进行MUSIC算法处理，得到所述运动目标的相位信息，获取所述运动目标的距离和速度信息。
优选的，所述步骤S3包括：
基于MUSIC算法，对所述运动目标的频谱信号进行计算和处理，得到所述运动目标的正向扫频的频率信息和反向扫频的频率信息；
根据运动目标的多普勒频移的计算公式，计算得到所述运动目标的频率，以及获取所述运动目标的距离信息和速度信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：消除了运行目标测量过程中多普勒效应所带来的影响，提高了对速度变化快的运动目标的测量时的测距精度，同时减少数据处理的时间。
附图说明
附图1是本发明的装置示意图；
附图2是远场窄带DOA估计的阵列信号的模型图；
附图3是调频连续波激光测距原理图。
图中：1-第一可调谐激光器；2-第一分束器；3-第二可调谐激光器；4-第二分束器；5-第一耦合器；6-第三分束器；7-环形器；8-变焦透镜；9-第一延迟单模光纤；10-第二耦合器；11-第一探测器；12-第四分束器；13-第二延迟单模光纤；14-第三耦合器；15-第二探测器；16-第五分束器；17-第三延迟单模光纤；18-第四耦合器；19-第三探测器；20-数据采集卡；21-计算机。
具体实施方式
下面通过实例，并结合附图，对本发明的方案作进一步具体的说明。
实施例1：
如图1所示，一种用于运动目标测量的双激光测距装置，所述装置包括第一可调谐激光器(1)、第一分束器(2)、第二可调谐激光器(3)、第二分束器(4)、第一耦合器(5)、主光路、第一辅助光路、第二辅助光路、数据采集卡(20)和计算机(21)，，所述第二辅助光路包括第四分束器(12)、第二延迟单模光纤(13)、第三耦合器(14)和第二探测器(15)，所述第一辅助光路包括第五分束器(16)、第三延迟单模光纤(17)、第四耦合器(18)和第三探测器(19)。图1中的细线表示光纤，带箭头的细线表示光线。图示中的各光学器件之间通过光纤传输光信号。所述第一可调谐激光器(1)和第二可调谐激光器(3)均以1KHZ的频率稳定地输出激光信号，所述第一可调谐激光器(1)和第二可调谐激光器(3)同时对运动目标进行测量，同一时刻，所述第一可调谐激光器(1)对运动目标进行正向扫频，所述第二可调谐激光器(3)对该运动目标进行反向扫频。所述第一可调谐激光器(1)输出的正向扫频信号经过第一分束器(2)后，将至少90％的正向扫频信号进入到所述第一耦合器(5)中。在一种较优的实施例中，所述第一分束器(2)为99:1分束器，将其中99％的正向扫频信号经过所述第一分束器(2)进入第一耦合器(5)。所述第二可调谐激光器(3)输出的反向扫频信号经的第二分束器(4)后，将至少90％的反向扫频信号进入到所述第一耦合器(5)中。在一种较优的实施例中，所述第二分束器(4)为99:1分束器，将其中99％的反向扫频信号经过所述第二分束器(4)进入第一耦合器(5)。两路99％的正向扫频信号和反向扫频信号通过第一耦合器(5)进入主光路。所述第一耦合器(5)为2*1耦合器。所述主光路包括第三分束器(6)、环形器(7)、变焦透镜(8)、第一延迟单模光纤(9)、第二耦合器(10)和第一探测器(11)。经过主光路中的第三分束器(6)后，将其中一路信号穿过所述环形器(7)和变焦透镜(8)后照射到运动目标。在一种较优的实施例中，所述第三分束器(6)为95:5分束器。将其中95％的信号经过环形器(7)和变焦透镜(8)后照射到运动目标上，该变焦透镜(8)设置在一转动装置上，根据所述运动目标的位置调整所述变焦透镜(8)的方向，使所述变焦透镜(8)面向该运动目标，提高测量时的稳定性和测量范围。然后反射信号沿相同路径返回，返回后的反射信号与所述第三分束器(6)分出的另一路信号在所述第二耦合器(10)中耦合，被所述第一探测器(11)检测到后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(20)采集。
所述第一辅助光路包括第五分束器(16)、第三延迟单模光纤(17)、第四耦合器(18)和第三探测器(19)。进入所述第一辅助光路的正向扫频信号被所述第五分束器(16)分成两路，一路通过所述第三延迟单模光纤(17)，另一路作用于本振光，然后两束光经过所述第四耦合器(18)耦合，由所述第三探测器(19)检测后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(20)记录。在一较优的实施方式中，所述五分束器(16)为50:50。第一辅助光路对应的光信号进行重采样，进一步消除第一调谐激光器(1)带来的非线性。所述第二辅助光路包括第四分束器(12)、第二延迟单模光纤(13)、第三耦合器(14)和第二探测器(15)。同样的，进入所述第二辅助光路的反向扫频信号被所述第四分束器(12)分成两路，一路通过所述第二延迟单模光纤(13)，另一路作用于本振光，然后两束光经过所述第三耦合器(14)耦合，由所述第二探测器(15)检测后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(20)记录。在一较优的实施方式中，所述第四分束器(12)为50:50。第二辅助光路对应的光信号进行重采样，进一步消除第二调谐激光器(3)带来的非线性。数据采集卡(20)将采集的数据传输到所述计算机(21)，所述计算机(21)对所述数据采集卡(20)采集的至少来自所述第一探测器(11)的信号利用MUSIC算法进行处理，获得所述运动目标的相位信息。所述相位信息包括频率信息。
所述第一可调谐激光器(1)和第二可调谐激光器(3)发出的激光信号分别经过99:1第一分束器(2)和99:1第二分束器(4)。其中99％的信号在2*1第一耦合器(5)耦合后进入主光路，剩余的两路1％的信号分别进入第一辅助光路和第二辅助光路。由于主光路和辅助光路中的延迟单模光纤的长度不同，使得信号之间存在光程差，这导致信号最终在耦合器中耦合时发生干涉。第一探测器(11)、第二探测器(15)、第三探测器(19)将信号转化为正弦形式输出至数据采集卡(20)，数据采集卡(20)将信号输出到计算机(21)，在计算机(21)上得到对应的干涉信号。
利用MUSIC算法对最终获得信号数据进行计算，得到运动目标的相位信息。
首先，采集主光路的运动目标的电压信号、第一辅助光路的第一重采样电压信号和第二辅助光路的第二重采样电压信号。以所述第一重采样电压信号和第二重采样电压信号对所述运动目标的电压信号进行重采样处理，获得所述运动目标的频谱信号，将所述运动目标的频谱信号进行MUSIC算法处理，得到所述运动目标的相位信息，获取所述运动目标的距离和速度信息。
MUSIC算法是基于远场窄带信号的子空间算法，如图2所示，其远场窄带信号的表达式为式(1)：
Sk(t)＝sk(t)exp(jwkt) (1)；
其中，sk(t)是Sk(t)的复包络，wk是信号Sk(t)的角频率。假设M(M＞D)个阵元组成等间距直线阵，接收到的信号源个数为D。若以第一个阵元为参考点，则t时刻阵列中的第m(m-1,2,...,M)个阵元的输出信号可表示为公式(2)；
其中，表示由第m个阵元与第1个阵元间的信号相位差，c是电磁波波速，nm(t)是测量中的噪声。
将采集到的输出电信号的表达式(2)结合矩阵的定义，得到表达式(3)；
X＝AS+N (3)；
其中，X＝[x1(t),x2(t),...,xM(t)]T，A＝[a(θ1),a(θ2),...,a(θD)]T，S＝[S1(t),S2(t),...,SD(t)]T，N＝[n1(t),n2(t),...,nM(t)]T。
假设噪声与信号互不相关，则采集到的输出电信号X的协方差矩阵Rx的表达式为公式(4)；
Rx＝AE[SSH]AH+σ2I (4)；
式中，σ2是噪声功率，I是M×M阶的单位矩阵。实际中双激光测距装置接收到的目标信号的数据量是有限的，因此需要对上述协方差矩阵进行最大似然估计，最终得到的矩阵的表达式为公式(5)；
通过对阵列协方差矩阵的特征分解，对分解得到的特征值进行从小到大的排序，即
λ1≥λ2≥...≥λM (6)；
设vi是与之相对应λi的特征向量，则有；
Rxvi＝λivi (7)；
设λi＝σ2是Rx的最小特征值，则有；
Rxvi＝σ2vi (8)；
将公式(4)代入公式(8)得到公式(9)；
AHvi＝0 (9)；
公式中的i＝D+1,D+2,...,M,其中D个较大的特征值所对应的特征向量组成的特征空间称为信号子空间，剩余的M-D个特征值对应的特征向量组成的特征空间称为噪声子空间。上述表明噪声特征值所对应的特征向量vi与矩阵A的列向量正交，以各个噪声特征向量为列，构造一个噪声矩阵En；
En＝[vD+1,vD+2,...,vM] (10)；
定义空间谱Pm(θ)的表达式为公式(11)；
当a(θ)和En的各列正交时，该公式的分母为0，但是由于噪声的存在，实际上存在一个最小值，因此空间谱Pm(θ)有一个峰值，通过使θ的变化寻找波峰，从而求出运动目标的相位信息，进而获取所述运动目标的频率信息。
运动的目标在测量中存在多普勒效应，设运动目标的速度为v时，激光器的初始频率是ft时，频移ft的表达式为公式(12)；
c是真空中的光速，多普勒频移fd可以表示为公式(13)；
设fb是发射信号与回波信号的频率差，fd是目标移动时的多普勒频移。从附图3中可以看出，信号在正向扫频和方向扫频的频率可以用公式(14)和公式(15)表示：
fb+＝fb-fd (14)；
fb-＝fb+fd (15)；
由公式(14)和(15)可知，可将多普勒频移给消除掉，从而可以消除运动目标在测量中所带来的多普勒效应。
由目标静止时的距离公式和多普勒频移的公式，求得运动目标的距离和速度表达式，分别用公式(16)和(17)表示；
其中，T啁啾调制周期，c是电磁波波速，n是传播介质的折射率,B是调频带宽。
本发明的一具体实施例，以激光测距装置为正方向，假设被测运动目标处在距测距系统R0＝0.7561m时的径向速度为v0＝1m/s。利用MUSIC算法对被测运动目标的信号进行频谱分析，被测运动目标在运动中会引入多普勒频移。激光测距系统发出的激光信号经过透镜出射时，一部分信号在界面反射所形成的峰值，其中心频率为fM0＝4.99600×105Hz。对被测目标进行正向扫频和反向扫频后，得到的峰值的中心频率分别为fM1＝2.988500×106Hz，fM2＝3.012300×106HZ，由公式(14)和(15)计算得到，引入的多普勒频移可以通过计算消除，最终得到的运动目标的频率为fM3＝3.000400×106。根据公式(16)计算可以得到RM＝0.7563m，与仿真距离R0＝0.7561m对比，相对误差是0.0265％。同理，根据公式(17)计算可以得到被测目标的速度为vM＝1.000133m/s，与仿真速度v0＝1m/s对比，相对误差是0.0133％。
Claims (8)
1.一种用于运动目标测量的双激光测距装置，其特征在于，包括第一可调谐激光器(1)、第一分束器(2)、第二可调谐激光器(3)、第二分束器(4)、第一耦合器(5)、主光路、第一辅助光路、第二辅助光路、数据采集卡(20)和计算机(21)，所述主光路包括第三分束器(6)、环形器(7)、变焦透镜(8)、第一延迟单模光纤(9)、第二耦合器(10)和第一探测器(11)，所述第二辅助光路包括第四分束器(12)、第二延迟单模光纤(13)、第三耦合器(14)和第二探测器(15)，所述第一辅助光路包括第五分束器(16)、第三延迟单模光纤(17)、第四耦合器(18)和第三探测器(19)，所述主光路、第一辅助光路和第二辅助光路的各光学器件之间通过光纤传输光信号，其中，所述第一可调谐激光器(1)输出的当前周期的正向扫频信号经过所述第一分束器(2)，所述第二可调谐激光器(3)输出的所述当前周期的反向扫频信号经过所述第二分束器(4)，将至少90％的正向扫频信号和至少90％的反向扫频信号在所述第一耦合器(5)进行耦合并进入所述主光路，经过所述主光路中的第三分束器(6)后，将其中一路信号穿过所述环形器(7)和变焦透镜(8)后照射到运动目标，然后反射信号沿相同路径返回，返回后的反射信号与所述第三分束器(6)分出的另一路信号在所述第二耦合器(10)中耦合，被所述第一探测器(11)检测到后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(20)采集；进入所述第一辅助光路的正向扫频信号被所述第五分束器(16)分成两路，一路通过所述第三延迟单模光纤(17)，另一路作用于本振光，然后两束光经过所述第四耦合器(18)耦合，由所述第三探测器(19)检测后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(20)记录；进入所述第二辅助光路的反向扫频信号被所述第四分束器(12)分成两路，一路通过所述第二延迟单模光纤(13)，另一路作用于本振光，然后两束光经过所述第三耦合器(14)耦合，由所述第二探测器(15)检测后转化为电信号输出并被所述数据采集卡(20)记录；数据采集卡(20)将采集的数据传输到所述计算机(21)，所述计算机(21)对所述数据采集卡(20)采集的至少来自所述第一探测器(11)的信号利用MUSIC算法进行处理，获得所述运动目标的相位信息，其中；
所述第一分束器(2)为99：1分束器，其中99％的正向扫频信号经过该第一分束器(2)后进入第一耦合器(5)；
所述第二分束器(4)为99：1分束器，其中99％的反向扫频信号经过该第二分束器(4)后进入第一耦合器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种用于运动目标测量的双激光测距装置，其特征在于，测量时，所述第一可调谐激光器(1)和第二可调谐激光器(3)以1KHz的频率稳定地输出激光信号。
3.根据权利要求1所述的一种用于运动目标测量的双激光测距装置，其特征在于，所述变焦透镜(8)设置在一转动装置上，根据所述运动目标的位置调整所述变焦透镜(8)的方向，使所述变焦透镜(8)面向该运动目标。
4.根据权利要求1所述的一种用于运动目标测量的双激光测距装置，其特征在于，所述第三分束器(6)为95：5分束器。
5.根据权利要求1所述的一种用于运动目标测量的双激光测距装置，其特征在于，所述第四分束器(12)为50：50分束器，所述第五分束器(16)为50：50分束器。
6.根据权利要求1－5任意一项所述的用于运动目标测量的双激光测距装置，其特征在于，
所述主光路中的第一延迟单模光纤(9)和第一辅助光路中的第三延迟单模光纤(17)以及第二辅助光路中的第二延迟单模光纤(13)具有对光程的调节能力，所述第二耦合器(10)、第三耦合器(14)以及第四耦合器(18)中各自耦合的两路光在不同光程影响下发生干涉，所述第一探测器(11)、第二探测器(15)、第三探测器(19)将检测到的干涉信号转化为正弦形式信号输出并被所述数据采集卡(20)记录。
7.一种使用如权利要求1－6任意一项所述的双激光测距装置的运动目标测距方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、采集主光路的运动目标的电压信号、第一辅助光路的第一重采样电压信号和第二辅助光路的第二重采样电压信号；
S2、以所述第一重采样电压信号和第二重采样电压信号分别对所述运动目标的电压信号进行重采样处理，获得所述运动目标的频谱信号；
S3、将所述运动目标的频谱信号进行MUSIC算法处理，得到所述运动目标的相位信息，获取所述运动目标的距离和速度信息。
8.如权利要求7所述的双激光测距装置的运动目标测距方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
基于MUSIC算法，对所述运动目标的频谱信号进行计算和处理，得到所述运动目标的正向扫频的频率信息和反向扫频的频率信息；
根据运动目标的多普勒频移的计算公式，计算得到所述运动目标的频率，以及获取所述运动目标的距离信息和速度信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010547132.1A CN111679284B (zh) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | 一种用于运动目标测量的双激光测距装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010547132.1A CN111679284B (zh) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | 一种用于运动目标测量的双激光测距装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111679284A CN111679284A (zh) | 2020-09-18 |
| CN111679284B true CN111679284B (zh) | 2024-02-09 |
Family
ID=72455190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010547132.1A Active CN111679284B (zh) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | 一种用于运动目标测量的双激光测距装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111679284B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103913742A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-09 | 桂林电子科技大学 | 双接收天线的汽车防撞雷达系统及运行方法 |
| CN104776923A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-15 | 天津大学 | 基于频率扫描干涉的外时钟信号频率振荡测量装置及方法 |
| CN105308475A (zh) * | 2012-11-21 | 2016-02-03 | 尼康计量公众有限公司 | 用于激光雷达的低漂移参考 |
| WO2017187510A1 (ja) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 株式会社日立製作所 | 距離計測装置、距離計測方法、及び形状計測装置 |
| CN109029246A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-18 | 哈尔滨工业大学 | 基于光学分频锁相非线性校正的动态扫频干涉测距系统及测距方法 |
| CN109188453A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-11 | 哈尔滨工业大学 | 基于锁相非线性校正的动态扫频干涉测距系统及测距方法 |
| CN109188454A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-11 | 哈尔滨工业大学 | 基于数字锁相非线性校正的动态扫频干涉测距系统及方法 |
| CN109521436A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-03-26 | 天津大学 | 一种基于双光路调频连续波的运动物体动态距离测量方法 |
| CN110068828A (zh) * | 2018-08-07 | 2019-07-30 | 天津大学 | 基于激光调频连续波远距离测距的装置及色散补偿方法 |
| CN110928289A (zh) * | 2018-09-03 | 2020-03-27 | 三星电子株式会社 | 用于处理雷达数据的方法和装置 |
| CN112764007A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-07 | 北醒（北京）光子科技有限公司 | 一种调频连续波激光雷达系统及激光雷达扫描方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7139446B2 (en) * | 2005-02-17 | 2006-11-21 | Metris Usa Inc. | Compact fiber optic geometry for a counter-chirp FMCW coherent laser radar |
-
2020
- 2020-06-16 CN CN202010547132.1A patent/CN111679284B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105308475A (zh) * | 2012-11-21 | 2016-02-03 | 尼康计量公众有限公司 | 用于激光雷达的低漂移参考 |
| CN103913742A (zh) * | 2014-04-25 | 2014-07-09 | 桂林电子科技大学 | 双接收天线的汽车防撞雷达系统及运行方法 |
| CN104776923A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-15 | 天津大学 | 基于频率扫描干涉的外时钟信号频率振荡测量装置及方法 |
| WO2017187510A1 (ja) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | 株式会社日立製作所 | 距離計測装置、距離計測方法、及び形状計測装置 |
| CN110068828A (zh) * | 2018-08-07 | 2019-07-30 | 天津大学 | 基于激光调频连续波远距离测距的装置及色散补偿方法 |
| CN110928289A (zh) * | 2018-09-03 | 2020-03-27 | 三星电子株式会社 | 用于处理雷达数据的方法和装置 |
| CN109029246A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-18 | 哈尔滨工业大学 | 基于光学分频锁相非线性校正的动态扫频干涉测距系统及测距方法 |
| CN109188453A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-11 | 哈尔滨工业大学 | 基于锁相非线性校正的动态扫频干涉测距系统及测距方法 |
| CN109188454A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-11 | 哈尔滨工业大学 | 基于数字锁相非线性校正的动态扫频干涉测距系统及方法 |
| CN109521436A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-03-26 | 天津大学 | 一种基于双光路调频连续波的运动物体动态距离测量方法 |
| CN112764007A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-07 | 北醒（北京）光子科技有限公司 | 一种调频连续波激光雷达系统及激光雷达扫描方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法;包为政等;《激光技术》;20200131(第01期);全文 * |
| 大带宽双扫频激光测距技术研究;程书博;《中国知网》;20180630;全文 * |
| 激光扫频干涉测距的关键技术及精密度评;潘浩;《中国知网》;20190630;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111679284A (zh) | 2020-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111538027B (zh) | 一种用于高分辨率测量的激光测距装置及方法 | |
| Ikram et al. | High-accuracy distance measurement using millimeter-wave radar | |
| CN110646805A (zh) | 一种基于虚拟扫频光源的调频连续波激光测距系统 | |
| CN109031340B (zh) | 一种测量物体运动速度的连续调频激光雷达装置 | |
| Özkan et al. | Ground multiple target tracking with a network of acoustic sensor arrays using PHD and CPHD filters | |
| CN111751834B (zh) | 基于光学调频干涉与单频干涉的高速高精度动态测距方法 | |
| CN112639523B (zh) | 一种雷达探测方法及相关装置 | |
| CN114924281A (zh) | 一种基于h13c14n气体池的调频连续波同时测距和测速方法及系统 | |
| CN117450932A (zh) | 一种三维动态位移测量系统、测量方法及测量设备 | |
| Junkin et al. | Holographic testing of terahertz antennas | |
| CN111679284B (zh) | 一种用于运动目标测量的双激光测距装置及方法 | |
| CN117991231A (zh) | 基于时域拉伸扫频干涉快速高精度测距方法及装置 | |
| CN113009432B (zh) | 提高测量精度、提高目标探测精度的方法、装置及设备 | |
| CN116930995B (zh) | 调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统及方法 | |
| CN112654894B (zh) | 一种雷达探测方法及相关装置 | |
| Ciattaglia et al. | Assessment of Displacement Measurements by a mmWave Radar | |
| CN116699572A (zh) | 基于二次补偿的相干激光雷达振动误差补偿方法 | |
| CN104698444A (zh) | 确定阵元位置误差对阵列天线三维成像质量影响的方法 | |
| JP2023547877A (ja) | コヒーレントｌｉｄａｒシステムにおける複数ターゲットのピーク関連付け技術 | |
| CN112904040A (zh) | 激光多普勒测速装置 | |
| Jiang et al. | Generalized Rayleigh criterion for signal resolution on coherent Doppler wind measurements | |
| CN111190173A (zh) | 一种基于预测值量测转换的相控阵雷达目标跟踪方法 | |
| US20240219167A1 (en) | Rapid coherent synthetic wavelength interferometric absolute distance measurement | |
| An et al. | A time‐varying angle extraction method for refined proximity group targets tracking | |
| Liu et al. | Frequency modulation continuous wave speed-distance synchronous measurement with variable period frequency parameter estimation traced to optical frequency comb |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |