CN113189607B - 一种激光调频连续波测距非线性调制解调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光调频连续波测距非线性调制解调系统，激光发生装置产生的激光经过分光元件后分成三路，第一路激光由发射模块发射至待测物体，反射后由第一混频接收模块接收，第二路激光作为本振光进入第一混频接收模块，第一混频接收模块输出第一正交I/Q信号，第三路激光进入延迟线干涉仪，并由第二混频接收模块输出第二正交I/Q信号，信号接收处理电路接收第一正交I/Q信号和第二正交I/Q信号并处理得到距离信息。本发明激光调频连续波测距非线性调制解调系统结构合理，易于实现，由延迟线干涉仪提供基准相位信息，修正解调误差，可以得到较高的测距精度，激光发生装置调频简单，不存在线性调频方案的接收时间盲区问题。

Description

一种激光调频连续波测距非线性调制解调系统
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，特别涉及一种激光调频连续波测距非线性调制解调系统。
背景技术
现有的激光调频连续波多采用线性调频方案，而线性调频激光产生方式较为复杂；接收端用鉴频方法，使用傅里叶变换找到中心频率及相应的距离，对数字信号处理的算力要求也较高。因此，上述问题急需解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构合理、易于实现的激光调频连续波测距非线性调制解调系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种激光调频连续波测距非线性调制解调系统，其包括激光发生装置、分光元件、相干混频接收光路、延迟线干涉混频接收光路、信号接收处理电路，所述相干混频接收光路中设置有发射模块和第一混频接收模块，所述延迟线干涉混频接收光路中设置有延迟线干涉仪、第二混频接收模块；
所述激光发生装置产生的激光经过所述分光元件后分成三路，第一路激光由所述发射模块发射至待测物体，反射后由所述第一混频接收模块接收，第二路激光作为本振光进入所述第一混频接收模块，所述第一混频接收模块输出第一正交I/Q信号，第三路激光进入所述延迟线干涉仪，并由所述第二混频接收模块输出第二正交I/Q信号，所述信号接收处理电路接收所述第一正交I/Q信号和第二正交I/Q信号并处理得到距离信息。
作为本发明的进一步改进，所述信号接收处理电路包括跨阻放大及模数转换模块、信号处理模块，所述由所述跨阻放大及模数转换模块进入所述信号处理模块，由所述信号处理模块进行信号处理后得到距离信息。
作为本发明的进一步改进，所述信号接收处理电路还包括第一光电转换模块，所述第一正交I/Q信号由所述第一光电转换模块进行光电转换后进入所述跨阻放大及模数转换模块。
作为本发明的进一步改进，所述信号接收处理电路还包括第二光电转换模块，所述第二正交I/Q信号由所述第二光电转换模块进行光电转换后进入所述跨阻放大及模数转换模块。
作为本发明的进一步改进，还包括非线性驱动模块，所述非线性驱动模块与激光发生装置连接并驱动所述激光发生装置。
作为本发明的进一步改进，所述非线性驱动模块还用于利用延迟线干涉光路的调频信息将所述激光发生装置产生的激光调制在理想正弦波。
作为本发明的进一步改进，所述分光元件、相干混频接收光路、延迟线干涉混频接收光路集成在集成光学波导芯片上。
作为本发明的进一步改进，所述分光元件为分路器。
作为本发明的进一步改进，所述激光发生装置为激光器。
本发明的有益效果：
本发明激光调频连续波测距非线性调制解调系统结构合理，易于实现，由延迟线干涉仪提供基准相位信息，修正解调误差，可以得到较高的测距精度，激光发生装置调频简单，不存在线性调频方案的接收时间盲区问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的示意图；
图2是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的非线性调频相位信号示意图；
图3是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的物体接收正交I/Q信号示意图；
图4是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的物体接收相位信号示意图；
图5是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的延迟线干涉仪接收的正交I/Q信号示意图；
图6是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的延迟线干涉仪接收相位信号示意图；
图7是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的第一正交I/Q信号和第二正交I/Q信号的相位信号示意图；
图8是线性调频连续波时间盲区示意图；
图9是线性调频连续波离散测距示意图；
图10是本发明中优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统连续测距示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明优选实施例公开了一种激光调频连续波测距非线性调制解调系统，该系统包括激光发生装置、分光元件、相干混频接收光路、延迟线干涉混频接收光路、信号接收处理电路，所述相干混频接收光路中设置有发射模块和第一混频接收模块，所述延迟线干涉混频接收光路中设置有延迟线干涉仪、第二混频接收模块。
所述激光发生装置产生的激光经过所述分光元件后分成三路，第一路激光由所述发射模块发射至待测物体，反射后由所述第一混频接收模块接收，第二路激光作为本振光进入所述第一混频接收模块，所述第一混频接收模块输出第一正交I/Q信号，第三路激光进入所述延迟线干涉仪，并由所述第二混频接收模块输出第二正交I/Q信号，所述信号接收处理电路接收所述第一正交I/Q信号和第二正交I/Q信号并处理得到距离信息。
可选的，所述信号接收处理电路包括跨阻放大及模数转换模块、信号处理模块，所述由所述跨阻放大及模数转换模块进入所述信号处理模块，由所述信号处理模块进行信号处理后得到距离信息。
其中，所述信号接收处理电路还包括第一光电转换模块，所述第一正交I/Q信号由所述第一光电转换模块进行光电转换后进入所述跨阻放大及模数转换模块。所述信号接收处理电路还包括第二光电转换模块，所述第二正交I/Q信号由所述第二光电转换模块进行光电转换后进入所述跨阻放大及模数转换模块。
可选的，该系统还包括非线性驱动模块，所述非线性驱动模块与激光发生装置连接并驱动所述激光发生装置。
进一步的，所述非线性驱动模块还用于利用延迟线干涉光路的调频信息将所述激光发生装置产生的激光调制在理想正弦波。
可选的，所述分光元件、相干混频接收光路、延迟线干涉混频接收光路集成在集成光学波导芯片上。具有结构紧凑，成本低，偏振态稳定的优点。
可选的，所述激光发生装置为激光器，所述分光元件为分路器。
原理如下：假设激光器以理想的正弦波进行频率调制，其相位也是正弦函数，记为
Figure BDA0003071850570000041
Figure BDA0003071850570000042
Bm为相位调制深度(半峰值)，wm为调制角频率，
Figure BDA0003071850570000043
为初始相位，t是时间。
远端物体反射的相位记为
Figure BDA0003071850570000044
Figure BDA0003071850570000045
其中
Figure BDA0003071850570000046
为远端物体反射的时延(L为距离)。通过第一混频接收模块接收到的相位差为：
Figure BDA0003071850570000047
由此可得到距离测量的两种方法。方法一、算出
Figure BDA0003071850570000051
得到τ；方法二、算出
Figure BDA0003071850570000052
的相位，和
Figure BDA0003071850570000053
比较，得到τ。
为了进一步说明本发明的技术方案，图2是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的非线性调频相位信号示意图；图3是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的物体接收正交I/Q信号示意图；图4是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的物体接收相位信号示意图；图5是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的延迟线干涉仪接收的正交I/Q信号示意图；图6是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的延迟线干涉仪接收相位信号示意图；图7是本发明优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统的第一正交I/Q信号和第二正交I/Q信号的相位信号示意图；图8是线性调频连续波时间盲区示意图；图9是线性调频连续波离散测距示意图；
图10是本发明中优选实施例中激光调频连续波测距非线性调制解调系统连续测距示意图。
本发明激光调频连续波测距非线性调制解调系统结构合理，易于实现，由延迟线干涉仪提供基准相位信息，修正解调误差，可以得到较高的测距精度，激光发生装置调频简单，不存在线性调频方案的接收时间盲区问题。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种激光调频连续波测距非线性调制解调系统，其特征在于，包括激光发生装置、分光元件、相干混频接收光路、延迟线干涉混频接收光路、信号接收处理电路，所述相干混频接收光路中设置有发射模块和第一混频接收模块，所述延迟线干涉混频接收光路中设置有延迟线干涉仪、第二混频接收模块；
所述激光发生装置产生的激光经过所述分光元件后分成三路，第一路激光由所述发射模块发射至待测物体，反射后由所述第一混频接收模块接收，第二路激光作为本振光进入所述第一混频接收模块，所述第一混频接收模块输出第一正交I/Q信号，第三路激光进入所述延迟线干涉仪，并由所述第二混频接收模块输出第二正交I/Q信号，所述信号接收处理电路接收所述第一正交I/Q信号和第二正交I/Q信号并处理得到距离信息；
所述信号接收处理电路包括跨阻放大及模数转换模块、信号处理模块、第一光电转换模块和第二光电转换模块；
所述第一正交I/Q信号由所述第一光电转换模块进行光电转换后进入所述跨阻放大及模数转换模块，所述第二正交I/Q信号由所述第二光电转换模块进行光电转换后进入所述跨阻放大及模数转换模块，由所述跨阻放大及模数转换模块进入所述信号处理模块，由所述信号处理模块进行信号处理后得到距离信息。
2.如权利要求1所述的激光调频连续波测距非线性调制解调系统，其特征在于，还包括非线性驱动模块，所述非线性驱动模块与激光发生装置连接并驱动所述激光发生装置。
3.如权利要求2所述的激光调频连续波测距非线性调制解调系统，其特征在于，所述非线性驱动模块还用于利用延迟线干涉光路的调频信息将所述激光发生装置产生的激光调制在理想正弦波。
4.如权利要求1所述的激光调频连续波测距非线性调制解调系统，其特征在于，所述分光元件、相干混频接收光路、延迟线干涉混频接收光路集成在集成光学波导芯片上。
5.如权利要求1所述的激光调频连续波测距非线性调制解调系统，其特征在于，所述分光元件为分路器。
6.如权利要求1所述的激光调频连续波测距非线性调制解调系统，其特征在于，所述激光发生装置为激光器。
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