CN115616540B - 光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置及方法 - Google Patents

光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置及方法。所述装置包括双光梳光源、测距信号探测光路和测距信号处理、采集与计算模块；双光梳光源发出的激光进入测距信号探测光路获取到调制了距离信息的测距信号，其中测量光梳的测距信号中调制了待测距离信息，而本地光梳的测距信号中调制了固定距离信息；再将测距信号传送至测距信号处理、采集与计算模块得到随机相位漂移被抑制后的测距结果。本发明抑制随机相位漂移所使用的双光梳信号为同时生成、同时探测、同时计算，因此抑制过程也是在测距过程中实时完成的，与其它模间拍频测距随机相位漂移的抑制或补偿方法相比，本发明具有较强的实时性。

Description

光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置及方法
技术领域
本发明属于高精度激光测距技术领域，特别是涉及光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置及方法。
背景技术
基于光学频率梳(简称为光梳)的模间拍频测距技术是一种高速、大范围的高精度测距技术。光梳照射到光电探测器时，各个梳齿纵模之间相互干涉产生一系列不同频率的模间拍频信号，每个模间拍频信号的频率均为相邻梳齿纵模间距的整数倍。光梳传输过固定距离以后，每个模间拍频信号的相位均随光梳传播距离线性变化。因此，可以同时提取不同频率的模间拍频信号实现不同长度多级测尺的同步测距。由于模间拍频信号的频率覆盖范围较大，通常可覆盖数十MHz至数十GHz，因此基于模间拍频信号的多级测尺同步测距能够兼顾大范围和高精度。
为了实现较高的测距分辨力，需要选择频率较高的模间拍频信号用于测量。但是高频的模间拍频信号在传播过程中易受到信号线路引入的随机时间延迟影响，所产生的随机相位漂移严重影响测距的精度。因此，如何抑制或补偿模间拍频信号的随机相位漂移误差，是目前提高光梳模间拍频测距精度的主要问题。
目前国内外对模间拍频测距中的随机相位漂移的处理方法，主要有固定光路监测补偿和模间拍频调制补偿两种方法。
固定光路监测补偿方法：通过在测距光路中额外地设置一条固定光路，用于监测并补偿随机相位漂移。文献[N.R Doloca,et al.Absolute distance measurement systemusing afemtosecond laser as a modulator.Meas.Sci.Technol.2010,21:115302]阐述了固定光路监测补偿方法的原理，使测量光梳交替地在测量光路和固定光路中分别传播，利用测量光路获得与待测距离相关的相移量，通过监测固定光路获得随机相位漂移量，以此对测量光路的测距相移量进行补偿。该方法要求测量光梳在测量光路和固定光路之间交替传播，降低了系统的测量速度。因此，并不能实现对随机相位漂移的实时补偿，更无法补偿随机相位漂移的高频成分。
模间拍频调制补偿方法：对模间拍频信号的频率进行调制，在相位测量数据中分辨调制频率，将残留的的相位误差进行剔除。文献[X.Xu,et al.Long distancemeasurement bydynamic optical frequency comb.Opt.Express 2020,28:4398]阐述了一种模间拍频调制的方法，利用频率调制后的模间拍频信号其相位变化具有周期性的特点，对相位测量数据进行处理，保留数据中符合模间拍频调制后的相位变化周期性规律的部分用于计算待测距离，而对于数据中不规律的变化部分判定为相位误差去除掉，从而实现对随机相位漂移以及其它误差的抑制。然而该方法理论上仅对绝对的静止目标有效，高精度的随机相位漂移补偿不仅要求较长时间的数据采集，更要求环境振动等干扰极小。因此，该方法进行模间拍频测距随机相位漂移实时抑制的应用场景被严重受限。
综上所述，目前模间拍频测距技术中缺少一种针对随机相位漂移的实时处理装置与方法。
发明内容
本发明目的是为了解决目前模间拍频测距的精度受随机相位漂移严重影响的问题，提出了光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置及方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置，所述装置包括双光梳光源1、测距信号探测光路2和测距信号处理、采集与计算模块3；双光梳光源1发出的激光进入测距信号探测光路2获取到调制了距离信息的测距信号，再将测距信号传送至测距信号处理、采集与计算模块3得到测距结果；
所述双光梳光源1包括测量光梳激光器4和本地光梳激光器5；测量光梳激光器4的重复频率锁定至fr1，本地光梳激光器5的重复频率锁定至fr2，对于测距所提取的测量光梳第N阶模间拍频信号，其频率表示为fmea＝N×fr1，本地光梳能够提供频率略低于fmea的模间拍频信号flo，即存在正整数M使flo＝M×fr2≈fmea，且flo<fmea；测量光梳激光器4和本地光梳激光器5同时发射线偏振光梳，分别进入测距信号探测光路2。
进一步地，所述测距信号探测光路2包括一号二分之一波片6、一号偏振分光棱镜7、参考端探测器8、二号二分之一波片9、测量端探测器10、二号偏振分光棱镜11、三号二分之一波片12、目标反射镜13、四分之一波片14、三号偏振分光棱镜15、四号偏振分光棱镜16和四号二分之一波片17。
进一步地，所述测量光梳激光器4发射的偏振光，通过角度可调的四号二分之一波片17后，在四号偏振分光棱镜16处发生透射和反射，其中透射光通过三号偏振分光棱镜15和角度可调的四分之一波片14后，在目标反射镜13处被反射，然后再次通过四分之一波片14后，在三号偏振分光棱镜15处被反射，通过二号偏振分光棱镜11后，照射到测量端探测器10，而在四号偏振分光棱镜16处反射的光束通过角度可调的二号二分之一波片9后，在一号偏振分光棱镜7处透射，照射到参考端探测器8。
进一步地，所述本地光梳激光器5发射的偏振光，通过角度可调的一号二分之一波片6后，在一号偏振分光棱镜7处发生透射和反射，其中透射光通过三号二分之一波片12后，在二号偏振分光棱镜11处被反射，照射到测量端探测器10，而在一号偏振分光棱镜7处反射的光束照射到参考端探测器8；照射到参考端探测器8的测量光梳与本地光梳应光束空间位置重合，照射到测量端探测器10的测量光梳与本地光梳同样应光束空间位置重合。
进一步地，所述测距信号处理、采集与计算模块3包括本地振荡器18、参考端混频器19、测量端混频器20、数据采集卡21和上位机22；测量端探测器10和参考端探测器8生成的测距信号分别传输至测量端混频器20和参考端混频器19处与本地振荡器18发射的信号发生混频，混频产生的中频信号分别传输至数据采集卡21的不同采集通道，所采集的数据传输至上位机22进行相位和待测距离的计算。
本发明提出光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制方法，所述抑制方法采用所述的光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置实现，所述抑制方法具体包括以下步骤：
步骤一：启动光源，探测测距信号；测量光梳激光器4和本地光梳激光器5经过启动和稳频过程，发射出稳定的线偏振态光梳后，将目标反射镜13的位置归零，调节测距信号探测光路2中各个偏振分光棱镜和探测器的姿态，以及各个波片的旋转角度，使测量光梳和本地光梳在测距信号探测光路2中都成功照射到测量端探测器10和参考端探测器8，两个探测器同时探测得到来自于测量光梳的测距信号和本地光梳的随机相位漂移实时测量信号，其频率分别为fmea和flo；
步骤二：信号处理、采集与相位测量；使本地振荡器18发射频率为fLO的信号，满足flo<fLO<fmea，在测量端混频器22和参考端混频器19处发生混频，两个混频器同时产生频率分别为fmea-fLO和fLO-flo的测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号，将两个信号同时传输至数据采集卡21，再将采集数据发送至上位机20，计算两个中频信号各自测量端相对于参考端的相位变化，得到测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号的测相结果分别为和/>
步骤三：待测距离计算；将目标反射镜13移动至待测距离L处，重复步骤二，测量测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号的测量端相对于参考端的相移，得到测相结果分别为和/>
进一步地，所述待测距离L的计算公式为：
其中c为真空光速，ng为测量光梳的群折射率。
进一步地，L不超过c/(2ngfmea)。
本发明提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其所述处理器执行所述计算机程序时实现所述光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制方法的步骤。
本发明提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制方法的步骤。
本发明具有以下有益效果：
1、抑制随机相位漂移。本发明使用双光梳光源生成两个频率相近的模间拍频信号，其中测量光梳模间拍频信号的相位携带待测距离信息，而本地光梳模间拍频信号的相位仅受信号传输线路所引入的随机相位漂移影响，由于两个模间拍频信号频率相近，其随机相位漂移基本相同，因此根据两个模间拍频信号的相位，可有效抑制随机相位漂移对于测距精度的影响。
2、测量实时性强。本发明抑制随机相位漂移所使用的双光梳信号为同时生成、同时探测、同时计算，因此抑制过程也是在测距过程中实时完成的，与其它模间拍频测距随机相位漂移的抑制或补偿方法相比，本发明具有较强的实时性。
附图说明
图1为本发明的光梳模间拍频测距随机相位漂移的实时抑制装置的原理示意图；
图2为本发明的测距信号处理、采集与计算模块的结构示意图；
图3为应用本发明抑制光梳模间拍频测距随机相位漂移前后的测距数据比较图；
图4为应用本发明抑制光梳模间拍频测距随机相位漂移前后的测距值阿伦偏差比较图。
图中标号说明：
双光梳光源1、测距信号探测光路2、测距信号处理、采集与计算模块3、测量光梳激光器4、本地光梳激光器5、一号二分之一波片6、一号偏振分光棱镜7、参考端探测器8、二号二分之一波片9、测量端探测器10、二号偏振分光棱镜11、三号二分之一波片12、目标反射镜13、四分之一波片14、三号偏振分光棱镜15、四号偏振分光棱镜16、四号二分之一波片17、本地振荡器18、参考端混频器19、测量端混频器20、数据采集卡21、上位机22。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1-图4，本发明提出光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置，所述装置包括双光梳光源1、测距信号探测光路2和测距信号处理、采集与计算模块3；双光梳光源1发出的激光进入测距信号探测光路2获取到调制了距离信息的测距信号，再将测距信号传送至测距信号处理、采集与计算模块3得到测距结果；
所述双光梳光源1包括测量光梳激光器4和本地光梳激光器5；测量光梳激光器4的重复频率锁定至fr1，本地光梳激光器5的重复频率锁定至fr2，对于测距所提取的测量光梳第N阶模间拍频信号，其频率表示为fmea＝N×fr1，本地光梳能够提供频率略低于fmea的模间拍频信号flo，即存在正整数M使flo＝M×fr2≈fmea，且flo<fmea；测量光梳激光器4和本地光梳激光器5同时发射线偏振光梳，分别进入测距信号探测光路2。
所述测距信号探测光路2包括一号二分之一波片6、一号偏振分光棱镜7、参考端探测器8、二号二分之一波片9、测量端探测器10、二号偏振分光棱镜11、三号二分之一波片12、目标反射镜13、四分之一波片14、三号偏振分光棱镜15、四号偏振分光棱镜16和四号二分之一波片17。
所述测量光梳激光器4发射的偏振光，通过角度可调的四号二分之一波片17后，在四号偏振分光棱镜16处发生透射和反射，其中透射光通过三号偏振分光棱镜15和角度可调的四分之一波片14后，在目标反射镜13处被反射，然后再次通过四分之一波片14后，在三号偏振分光棱镜15处被反射，通过二号偏振分光棱镜11后，照射到测量端探测器10，而在四号偏振分光棱镜16处反射的光束通过角度可调的二号二分之一波片9后，在一号偏振分光棱镜7处透射，照射到参考端探测器8。
所述本地光梳激光器5发射的偏振光，通过角度可调的一号二分之一波片6后，在一号偏振分光棱镜7处发生透射和反射，其中透射光通过三号二分之一波片12后，在二号偏振分光棱镜11处被反射，照射到测量端探测器10，而在一号偏振分光棱镜7处反射的光束照射到参考端探测器8；照射到参考端探测器8的测量光梳与本地光梳应光束空间位置重合，照射到测量端探测器10的测量光梳与本地光梳同样应光束空间位置重合。
所述测距信号处理、采集与计算模块3包括本地振荡器18、参考端混频器19、测量端混频器20、数据采集卡21和上位机22；测量端探测器10和参考端探测器8生成的测距信号分别传输至测量端混频器20和参考端混频器19处与本地振荡器18发射的信号发生混频，混频产生的中频信号分别传输至数据采集卡21的不同采集通道，所采集的数据传输至上位机22进行相位和待测距离的计算。
本发明提出光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制方法，所述抑制方法采用所述的光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置实现，所述抑制方法具体包括以下步骤：
步骤一：启动光源，探测测距信号；测量光梳激光器4和本地光梳激光器5经过启动和稳频过程，发射出稳定的线偏振态光梳后，将目标反射镜13的位置归零，调节测距信号探测光路2中各个偏振分光棱镜和探测器的姿态，以及各个波片的旋转角度，使测量光梳和本地光梳在测距信号探测光路2中都成功照射到测量端探测器10和参考端探测器8，两个探测器同时探测得到来自于测量光梳的测距信号和本地光梳的随机相位漂移实时测量信号，其频率分别为fmea和flo；
步骤二：信号处理、采集与相位测量；使本地振荡器18发射频率为fLO的信号，满足flo<fLO<fmea，在测量端混频器22和参考端混频器19处发生混频，两个混频器同时产生频率分别为fmea-fLO和fLO-flo的测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号，将两个信号同时传输至数据采集卡21，再将采集数据发送至上位机20，计算两个中频信号各自测量端相对于参考端的相位变化，得到测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号的测相结果分别为和/>
步骤三：待测距离计算；将目标反射镜13移动至待测距离L处，重复步骤二，测量测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号的测量端相对于参考端的相移，得到测相结果分别为和/>所述待测距离L的计算公式为：
其中c为真空光速，ng为测量光梳的群折射率。L不超过c/(2ngfmea)。
通过理论分析解释本发明对模间拍频测距随机相位漂移实现实时抑制的原因；首先分析随机相位漂移的产生原因，模间拍频测距的经典方法所使用的测量模型为然而在实际测量中由于测距信号传输线路受到温度、振动、弯曲等因素影响产生随机时间延迟，导致模间拍频信号引入随机相位漂移，使测距结果引入漂移误差，实际测得距离值为/>其中/>为模间拍频信号fmea的随机相位漂移；然后分析经典方法中随机相位漂移/>的来源，将测距信号处理、采集与计算模块3中的信号传输线路分为三部分，探测器10和8至混频器22和19为路径a，本地振荡器18至混频器22和19为路径b，混频器22和19至数据采集卡21为路径c，对于测距信号频率fmea，在路径a、b和c中的测量路相对于参考路所引入的随机时间延迟分别为δta、δtb和δtc，根据各个路径内所传输的信号频率和随机时间延迟，计算测距信号fmea的随机相位漂移为/>最后解释随机相位漂移被实时抑制的原因，通过本发明对测距信号探测光路2的描述可知本地光梳测距信号的相位理论上为固定常量，即/>因此本发明步骤三中所述待测距离值L的表达式与经典方法中测距值Lclassical的表达式理论上相等，且两种方法均可实时测量，只是所测量的相位不同，经典方法中测量/>而本发明中测量/>由于fmea≈flo，两个信号受到的随机时间延迟也相接近，因此测距信号flo的随机相位漂移为/>则测量/>时的随机相位漂移为/>显然当fmea≈flo时，测量/>时的随机相位漂移将接近零，综上本发明所提出的方法可以针对模间拍频测距随机相位漂移进行实时地抑制。
实施例
结合图1和图2说明本实施方式中的基于双光梳的模间拍频测距随机相位漂移的实时抑制装置，由双光梳光源1、测距信号探测光路2和测距信号处理、采集与计算模块3组成；双光梳光源1发出的激光进入测距信号探测光路2获取到调制了距离信息的测距信号，再将测距信号传送至测距信号处理、采集与计算模块3得到测距结果。
双光梳光源1由测量光梳激光器4和本地光梳激光器5组成；测量光梳激光器4的重复频率锁定至fr1＝43.52MHz，本地光梳激光器5的重复频率锁定至fr2＝250.00MHz，对于测距所提取的测量光梳第23阶模间拍频信号的频率fmea＝1000.96MHz，本地光梳应当提供频率略低于fmea的模间拍频信号flo，即本地光梳第4阶模间拍频信号flo＝1000.00MHz；测量光梳激光器4和本地光梳激光器5同时发射线偏振光梳，进入测距信号探测光路2。
测距信号探测光路2由一号二分之一波片6、一号偏振分光棱镜7、参考端探测器8、二号二分之一波片9、测量端探测器10、二号偏振分光棱镜11、三号二分之一波片12、目标反射镜13、四分之一波片14、三号偏振分光棱镜15、四号偏振分光棱镜16和四号二分之一波片17组成；测量光梳激光器4发射的偏振光，通过角度可调的四号二分之一波片17后，在四号偏振分光棱镜16处发生透射和反射，其中透射光通过三号偏振分光棱镜15和角度可调的四分之一波片14后，在目标反射镜13处被反射，然后再次通过四分之一波片14后，在三号偏振分光棱镜15处被反射，通过二号偏振分光棱镜11后，照射到测量端探测器10，而在四号偏振分光棱镜16处反射的光束通过角度可调的二号二分之一波片9后，在一号偏振分光棱镜7处透射，照射到参考端探测器8；本地光梳激光器5发射的偏振光，通过角度可调的一号二分之一波片6后，在一号偏振分光棱镜7处发生透射和反射，其中透射光通过三号二分之一波片12后，在二号偏振分光棱镜11处被反射，照射到测量端探测器10，而在一号偏振分光棱镜7处反射的光束照射到参考端探测器8；照射到参考端探测器8的测量光梳与本地光梳应光束空间位置重合，照射到测量端探测器10的测量光梳与本地光梳同样应光束空间位置重合。
测距信号处理、采集与计算模块3由本地振荡器18、参考端混频器19、测量端混频器20、数据采集卡21和上位机22组成；测量端探测器10和参考端探测器8生成的测距信号分别传输至测量端混频器20和参考端混频器19处与本地振荡器18发射的信号发生混频，混频产生的中频信号分别传输至数据采集卡21的不同采集通道，所采集的数据传输至上位机22进行相位和待测距离的计算。
基于上述光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置的光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制方法，它包括具体步骤如下：
步骤一：启动光源，探测测距信号；测量光梳激光器4和本地光梳激光器5经过启动和稳频过程，发射出稳定的线偏振态光梳后，将目标反射镜13的位置归零，调节测距信号探测光路2中各个偏振分光棱镜和探测器的姿态，以及各个波片的旋转角度，使测量光梳和本地光梳在测距信号探测光路2中都成功照射到测量端探测器10和参考端探测器8，两个探测器同时探测得到来自于测量光梳的测距信号和本地光梳的随机相位漂移实时测量信号，其频率分别为fmea＝1000.96MHz和flo＝1000.00MHz。
步骤二：信号处理、采集与相位测量；使本地振荡器18发射频率为fLO＝1000.46MHz的信号，在测量端混频器22和参考端混频器19处发生混频，两个混频器同时产生频率分别为fmea-fLO＝0.50MHz和fLO-flo＝0.46MHz的测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号，将两个信号同时传输至数据采集卡21，再将采集的数据发送至上位机20，计算两个中频信号各自测量端相对于参考端的相位变化，得到测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号的测相结果分别为和/>
步骤三：待测距离计算；将目标反射镜13移动至待测距离处，重复步骤二，测量测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号的测量端相对于参考端的相移，得到测相结果分别为和/>计算待测距离值为/>其中c为真空光速，ng为测量光梳的群折射率，注意L应当不超过c/(2ngfmea)。
图3为应用本发明抑制光梳模间拍频测距随机相位漂移前后的测距数据比较图，由于本发明所述随机相位漂移抑制方法是实时的，因此可以同时获得随机相位漂移被抑制前后的测距数据；将目标反射镜13固定并进行长达40分钟的测距实验，通过抓弯折和敲击信号传输线缆引入随机相位漂移，相应的测距结果漂移在抑制前的图中进行了标记。利用本发明所提出的光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置与方法以后，可发现测距结果中相应的漂移消失，说明上述弯折和敲击信号传输线缆引入的随机相位漂移得到了较好地抑制；抑制前40分钟内测距值波动范围达到250微米，抑制后测距值波动仅60微米左右，测距值产生波动的原因包括随机相位漂移和相位测量值短期抖动的影响，下一步需要将相位测量值(或测距值)的短期抖动与随机漂移分离，以进一步分析本发明对随机相位漂移的抑制效果。
图4为应用本发明抑制光梳模间拍频测距随机相位漂移前后的测距值阿伦偏差比较图，目的是将测距值的短期抖动与随机漂移分离，以进一步分析本发明对随机相位漂移的抑制效果。由于采样时间越长则阿伦偏差的分析结果越不受短期抖动的影响，因此使用采样时间为100秒的阿伦偏差值来表征测距值的长期漂移情况；抑制前在采样时间100秒时的阿伦偏差为19微米，而抑制后的阿伦偏差值为1微米，约为抑制前的1/19，说明本发明所述装置及方法在上述实验中对随机相位漂移的抑制效果达到了19倍。
本发明提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其所述处理器执行所述计算机程序时实现所述光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制方法的步骤。
本发明提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制方法的步骤。
本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasablePROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rateSDRAM，DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(directrambus RAM，DR RAM)。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，高密度数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disc，SSD))等。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
以上对本发明所提出的光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置，其特征在于，所述装置包括双光梳光源(1)、测距信号探测光路(2)和测距信号处理、采集与计算模块(3)；双光梳光源(1)发出的激光进入测距信号探测光路(2)获取到调制了距离信息的测距信号，再将测距信号传送至测距信号处理、采集与计算模块(3)得到测距结果；
所述双光梳光源(1)包括测量光梳激光器(4)和本地光梳激光器(5)；测量光梳激光器(4)的重复频率锁定至fr1，本地光梳激光器(5)的重复频率锁定至fr2，对于测距所提取的测量光梳第N阶模间拍频信号，其频率表示为fmea＝N×fr1，本地光梳能够提供频率略低于fmea的模间拍频信号flo，即存在正整数M使flo＝M×fr2≈fmea，且flo<fmea；测量光梳激光器(4)和本地光梳激光器(5)同时发射线偏振光梳，分别进入测距信号探测光路(2)；
所述测距信号探测光路(2)包括一号二分之一波片(6)、一号偏振分光棱镜(7)、参考端探测器(8)、二号二分之一波片(9)、测量端探测器(10)、二号偏振分光棱镜(11)、三号二分之一波片(12)、目标反射镜(13)、四分之一波片(14)、三号偏振分光棱镜(15)、四号偏振分光棱镜(16)和四号二分之一波片(17)；
所述测量光梳激光器(4)发射的偏振光，通过角度可调的四号二分之一波片(17)后，在四号偏振分光棱镜(16)处发生透射和反射，其中透射光通过三号偏振分光棱镜(15)和角度可调的四分之一波片(14)后，在目标反射镜(13)处被反射，然后再次通过四分之一波片(14)后，在三号偏振分光棱镜(15)处被反射，通过二号偏振分光棱镜(11)后，照射到测量端探测器(10)，而在四号偏振分光棱镜(16)处反射的光束通过角度可调的二号二分之一波片(9)后，在一号偏振分光棱镜(7)处透射，照射到参考端探测器(8)；
所述本地光梳激光器(5)发射的偏振光，通过角度可调的一号二分之一波片(6)后，在一号偏振分光棱镜(7)处发生透射和反射，其中透射光通过三号二分之一波片(12)后，在二号偏振分光棱镜(11)处被反射，照射到测量端探测器(10)，而在一号偏振分光棱镜(7)处反射的光束照射到参考端探测器(8)；照射到参考端探测器(8)的测量光梳与本地光梳应光束空间位置重合，照射到测量端探测器(10)的测量光梳与本地光梳同样应光束空间位置重合；
所述测距信号处理、采集与计算模块(3)包括本地振荡器(18)、参考端混频器(19)、测量端混频器(20)、数据采集卡(21)和上位机(22)；测量端探测器(10)和参考端探测器(8)生成的测距信号分别传输至测量端混频器(20)和参考端混频器(19)处与本地振荡器(18)发射的信号发生混频，混频产生的中频信号分别传输至数据采集卡(21)的不同采集通道，所采集的数据传输至上位机(22)进行相位和待测距离的计算。
2.光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制方法，其特征在于，所述抑制方法采用权利要求1所述的光梳模间拍频测距的随机相位漂移实时抑制装置实现，所述抑制方法具体包括以下步骤：
步骤一：启动光源，探测测距信号；测量光梳激光器(4)和本地光梳激光器(5)经过启动和稳频过程，发射出稳定的线偏振态光梳后，将目标反射镜(13)的位置归零，调节测距信号探测光路(2)中各个偏振分光棱镜和探测器的姿态，以及各个波片的旋转角度，使测量光梳和本地光梳在测距信号探测光路(2)中都成功照射到测量端探测器(10)和参考端探测器(8)，两个探测器同时探测得到来自于测量光梳的测距信号和本地光梳的随机相位漂移实时测量信号，其频率分别为fmea和flo；
步骤二：信号处理、采集与相位测量；使本地振荡器(18)发射频率为fLO的信号，满足flo<fLO<fmea，在测量端混频器(22)和参考端混频器(19)处发生混频，两个混频器同时产生频率分别为fmea-fLO和fLO-flo的测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号，将两个信号同时传输至数据采集卡(21)，再将采集数据发送至上位机(20)，计算两个中频信号各自测量端相对于参考端的相位变化，得到测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号的测相结果分别为和/>
步骤三：待测距离计算；将目标反射镜(13)移动至待测距离L处，重复步骤二，测量测距中频信号和随机相位漂移实时测量中频信号的测量端相对于参考端的相移，得到测相结果分别为和/>
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待测距离L的计算公式为：
其中c为真空光速，ng为测量光梳的群折射率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，L不超过c/(2ngfmea)。
5.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求2-4任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求2-4任一项所述方法的步骤。
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