CN116930995B - 调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统及方法，以调频连续波激光与光学频率梳干涉产生的校准峰为基准，将光频梳作为一把基准尺进行等频率间隔的信号截取与运算，拟合出调频连续波激光测量信号时频变化曲线，完成高速动态目标测量信号的变周期调频参数估计，以实现调频连续波激光高速目标的速度‑距离同步测量。本方法与系统光路结构简单，抗干扰能力强，响应速度快，只需要采集测量路高速动态目标测量信号以及FMCW激光与光频梳光源干涉产生的校准峰信号，就能够获取高速运动目标的瞬时距离与速度值，解决了FMCW激光测量动态目标测量慢，且存在的严重的频谱展宽无法获取准确的速度和距离结果问题。
Description
技术领域
本发明涉及调频连续波激光动态目标精密测量技术领域，尤其涉及调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统及方法。
背景技术
同步实现高速动态目标的速度与距离信息快速测量与解调对于工业制造及精密测量技术发展具有重要意义。激光动态目标多参数精密测量技术是激光雷达、精密探测领域重要的方向之一，在例如航空航天、工业自动化、机床加工等领域有着重要作用，是实现精密量值传递，原位测量，运行状态检测的关键方法技术。调频连续波（FrequencyModulated Continuous Wave，FMCW）激光精密测量技术具有无合作、高精度、测量范围广、抗干扰能力强等特点，被广泛的应用在精密测量、激光雷达等诸多领域，同时FMCW激光测量技术还具备对动态目标的探测能力。应用FMCW激光探测技术实现低速动态目标速度-距离参数的同步高精度测量固然有一定意义，比如在空间飞船交会对接过程对两者相对速度进行精密测量；航天器材等高精密器材运载工具的运行速度监测；高精密工业部件运动过程监控等。但是FMCW激光测量系统同步实现高速目标，尤其是km/s量级超高速运动目标的动态参数测量将更加具有意义，比如将FMCW激光探测技术用于军事领域中实现远距离高速度雷达，无人机自动探测，汽车无人驾驶，高振频MEMS器件的检测等。FMCW激光基本探测原理是激光回波信号与本振信号干涉产生的拍频信号对目标测量值进行求取，传统静态目标测距多是激光探测系统与目标之间无相对运动的情况，实际应用中往往存在相对运动或高速运动，当相对径向速度不为零时，由于调频激光的测量属性会产生距离-速度耦合现象，直观体现为测量获得到中频信号的频率偏移了真实的频率，观测到的中频信号耦合了由距离延时和相对径向速度产生的频率偏移，尤其面对高速目标时，直接表现为频谱展宽严重，无法实现速度距离信息解析。且FMCW激光扫频过程一般采用外部机械扫频模式，存在较为严重的扫频非线性对测量结果的干扰，多种因素叠加，会对应用FMCW激光实现高速目标的速度-距离信息测量精度与准确性产生较大影响。因此，急需一种能够便捷高效、结构简单、可溯源、测量结果准确的FMCW激光高速目标速度-距离同步精密测量方法及系统。
发明内容
本发明的目的是克服传统激光动态测量方法的不足，补充FMCW激光高速动态目标精密测量技术的空白，提出一种光频梳溯源的变周期调频参数估计FMCW激光高速目标速度与距离同步测量方法及系统。该方法高效便捷、光路结构简单、鲁棒性强、测量精度高，可溯源至光学频率梳实现基于FMCW激光高速目标的速度-距离同步精密测量，对大型工业装备原位测量，运行状态校准、监测具有重要作用。
一方面，调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：将FMCW调频连续波激光作为测量光源，将激光波长调制方式设置为锯齿波调制，搭建高速动态目标测量系统；
步骤S2：利用分束器将FMCW调频连续波激光分束与光频梳光源耦合到一路进行干涉，获取光频梳校准信号，作为对高速目标测量信号进行等光频分段校准参照及拆分基准；
步骤S3：对光频梳校准信号与FMCW调频连续波激光干涉产生的校准峰信号进行希尔伯特变换并求取其绝对值，利用包络拟合获取平滑的峰值曲线，利用寻峰函数获取光频梳校准峰信号；
步骤S4：以光频梳校准峰信号为基准，以每相邻的两个校准峰之间的中频信号作为一段频率采样，获取一段时间长度为T的测量路干涉信号看作为中频信号采样序列，从采集到的中频信号采样序列中获取多段等频率间隔信号，获取每段信号的中心频率；
步骤S5：构建多段信号的中心频率与等频率间隔信号序列实际时间中间点之间的对应关系，获得多段信号中心频率与实际时间中间点的坐标，拟合出测量路中频信号时频信息曲线，获得待测高速目标速度和距离精密测量结果。
进一步，所述步骤S1激光波长锯齿波调制范围为1545~1555nm，调制速度为100nm/s；所述高速动态目标测量系统包括马赫曾德干涉光路。
进一步，所述光频梳重复频率为100MHz，输出光功率为10mW。
进一步，所述中频信号采样序列 表达式为：
；
其中，、/>、…、/>为采样的多段中频信号，下标dIF为采样中频信号标识，n代表第n段中频信号，N代表获取的中频信号分段数；
中频信号相位与时间t变化关系/>表述为：
；
中频信号的频率随时间t变化的表达式简述为：
；
其中，为目标与激光探测系统的径向距离，/>为相对径向速度，远离激光测量系统方向为正方向，/>为中心频率，c为光速，k为常数，t为时间，/>为目标距离导致的回光延迟时间，T为获得每段等频率间隔信号的周期，下标IF为中频信号标识。
进一步，所述多段等频率间隔信号中心频率表示为：
；
；
…
；
多段信号的中心频率与等频率间隔信号序列实际时间中间点/>之间的对应关系为：
；
；
…
；
其中，、/>、…、/>为获得多段等间隔信号的中心频率，、/>、…、/>多段等频率间隔序列的信号频谱峰值横坐标，n代表第n段中频信号，/>为获得每段等频率间隔信号的周期，/>代表获取的中频信号分段数，/>代表获取的每段信号长度。
进一步，所述步骤S5中频信号时频信息曲线表示为：
；
其中，是高速动态目标测量中频信号的频率估计值，/>是动态目标导致的频率调频项估计值，/>代表获取的每段信号长度，/>和/>代表多段等频率间隔序列的信号频谱峰值横坐标。
进一步，所述步骤S5待测高速目标速度和距离/>表示为：
；
其中，为FMCW调频连续波激光器调频啁啾率，/>为此时动态目标距离测量值，/>为此时动态目标速度测量值，/>为选取的采样中频信号标识，下标/>为选取的采样中频信号标识。
另一方面，调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统，用于实现调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，包括：调频连续波激光器 FMCW、掺铒功率放大器EDFA、光隔离器、环形器 CIR、准直镜 CM、声光调制器 AOM以及多个光分束器、光耦合器和平衡探测器；所述调频连续波激光器FMCW与掺铒功率放大器 EDFA通过光纤直接连接光隔离器；所述调频连续波激光器FMCW连接至光分束器一后，一分路连接光耦合器一和平衡探测器一后再连接至数据采集卡，所述光耦合器一还连接光衰减器和OFC电源。
进一步，所述调频连续波激光器FMCW另一路依次连接掺铒功率放大器 EDFA和光分束器二，光分束器二一路连接环形器CIR、光耦合器二和平衡探测器二后连接至数据采集卡，另一路连接声光调制器 AOM再连接至光耦合器二，所述声光调制器 AOM还连接射频放大器和信号发生器；所述环形器CIR还连接准直器CM与目标进行交互。
进一步，所述调频连续波激光器 FMCW波长调制范围设置为1545~1555nm，频率调制速度为100nm/s，激光源线宽为1.5MHz；所述光纤锁模光学频率梳重复频率范围为100MHz。
本发明的有益效果：本发明提出了调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统及方法，系统光路结构简单，抗干扰能力强，响应速度快，只需要采集测量路高速动态目标测量信号以及FMCW激光与光频梳光源干涉产生的校准峰信号，就能够获取高速运动目标的瞬时距离与速度值，解决了FMCW激光测量动态目标测量慢，且存在的严重的频谱展宽无法获取准确的速度和距离结果问题。多次测量应用证明，该测量方法及系统测量稳定性好，分辨力高，准确度高。
附图说明
图1为本发明实施例中调频连续波激光的动态目标测量时频信息图；
图2为本发明实施例中调频连续波激光测量动态目标出现的严重频谱展宽现象图；
图3为本发明实施例中光频梳溯源的变周期调频参数估计FMCW激光高速目标速度和距离同步测量系统光路结构图；
图4为本发明实施例中调频参数估计实现高速动态目标速度-距离解调算法原理图；
图5为本发明实施例中光频梳溯源的变周期调频参数估计速度-距离解调原理图；
图6为本发明实施例中在距离为0.8m左右，转台稳定转速为1500rpm，测量点线速度为11.875m/s的测量路信号与光频梳校准峰信号图；
图7为本发明实施例中光频梳溯源的变周期调频参数估计瞬时频率频谱与拟合获得的测量中频信号频率变化曲线图；
图8为本发明实施例中光频梳溯源的变周期调频参数估计FMCW激光高速目标速度-距离同步测量方法及系统针对转台不同点位多次速度测量结果分布图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本发明提出了调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统及方法，一方面，调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，以调频连续波激光与光学频率梳干涉产生的校准峰为基准，将光频梳作为一把基准尺进行等频率间隔的信号截取与运算，拟合出调频连续波激光测量信号时频变化曲线，完成高速动态目标测量信号的变周期调频参数估计，以实现调频连续波激光高速目标的速度和距离同步测量。
具体设计过程包括：
步骤一：利用FMCW激光作为测量光源，激光波长调制方式为锯齿波调制，调制范围设置为1545nm到1555nm，频率调制速度为100nm/s，搭建以马赫曾德干涉光路为主的高速动态目标测量系统。设时，目标与激光探测系统的径向距离为，相对径向速度为，远离激光测量系统方向为正方向，光速为，根据极限思想可默认在极短时间内相较于光速而言，目标动态移动速度可视作匀速运动，则可知FMCW激光测量系统回波信号相较于发射信号的时间延迟表达式为：
此时，激光测量系统本振信号与回波信号干涉产生的混频信号表达式为：
相位信息为：
混频后获得的中频瞬时频率为：
由于目标运动速度与光速至少相差5个数量级，因此可以将光速平方项舍去，中频信号的频率表达式可以简写为：
步骤二：利用分束器将FMCW激光分束与光频梳光源耦合到一路，发生干涉，光学频率梳的重复频率为100MHz，光功率为10mw，采用带宽为13MHz的光电探测器接收，由于光电探测器的带宽限制，相当于对原始信号进行低通滤波，进而获取光梳校准峰信号。用作对高速目标测量信号进行等光频分段校准参照及拆分基准，还可以用于消除激光光源带来的扫频非线性。
步骤三：对步骤二中获取的光频梳与FMCW激光干涉产生的校准峰信号进行希尔伯特变换，求取其绝对值，然后利用包络拟合获取平滑的峰值曲线，最后利用寻峰函数获取其校准峰值点信息。
步骤四：利用步骤三中获取的校准峰，以每相邻的两个校准峰之间的中频信号作为一段频率采样，设测量系统获取一段时间长度为T的测量路干涉信号看作为中频信号采样序列/>的表达式为：
以测量系统校准峰信号为基准，每10个校准峰信号的等频率间隔为单位，即每间隔1GHz进行一次等频率间隔截取，从中频信号的采样序列中获取多段等频率间隔的信号序列、/>…：
步骤四：将获取的多段等频率间隔序列同时做傅里叶变换，取模，对多段信号序列、/>…的峰值搜索，获取多段等频率间隔序列的信号频谱峰值横坐标（仅以两段信号序列为例）/>、/>…，进而获取多段等间隔频率信号的中心频率为：
；
。
步骤五：对步骤四中获取的多段信号序列的中心频率构建与多段截取获得的等频率间隔信号序列实际时间中间点之间的对应关系，得到每段信号序列与中心频率的坐标数据为（以两段信号序列为例）为。
步骤六：利用步骤五，获得的多段信号序列中心频率与实际时间中间点的坐标，联立方程组：
其中，是高速动态目标测量中频信号的频率估计值，/>是动态目标导致的频率调频项估计值。求解方程组，获得/>与/>，得到高速动态目标速度-距离同步测量结果表示为：
其中，k为FMCW激光器调频啁啾率，为此时动态目标距离测量值，/>为此时动态目标速度测量值。
另一方面，本申请还提出了调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统，系统包括调频连续波激光器 FMCW、掺铒功率放大器 EDFA、光衰减器、光分束器、光耦合器、环形器 CIR、准直镜 CM、声光调制器 AOM、平衡探测器、光纤锁模光学频率梳、被测高速目标、光隔离器、信号发生器、射频放大器RFA。
在本实施例中，如图1所示，传统静态目标测距多是激光探测系统与目标之间无相对运动的情况，实际应用中往往存在相对运动或高速运动，当相对径向速度不为零时，由于调频激光的测量属性会产生距离-速度耦合现象，直观体现为测量获得到中频信号的频率偏移了真实的频率，观测到的中频信号耦合了由距离延时和相对径向速度产生的频率偏移，尤其面对高速目标时，直接表现为频谱展宽严重，无法实现速度距离信息解析，高速目标导致的FMCW激光探测严重频谱展宽如图2所示，此时的目标运动速度仅约为30mm/s，以此数据直接进行频谱分析已经很难获取准确的目标速度信息。
如图3所示，光频梳溯源的变周期调频参数估计FMCW激光高速目标速度-距离同步测量系统光源是调频连续波激光器FMCW，然后经过90/10光分束器分成两束激光，90%一路激光经过掺铒功率放大器 EDFA放大光功率后，再经过90/10光分束器分成两束激光，90%一路激光作为测量路，另一路作为参考路。测量路激光经过环形器CIR后进入准直器CM，测量激光通过准直器入射到被测动态目标上，目标回光沿着原方向返回到环形器CIR中，进入一50/50光耦合器；参考路激光经过声光调制器AOM进行移频，声光调制器AOM移频通过信号发生器与射频放大器RAF直接连接实现，移频后的参考路激光进入与测量光同一50/50光耦合器中形成拍频信号，拍频光信号经平衡探测器接收。
比例为10%一路激光与光频梳激光经过50/50光耦合器发生干涉，经过低带宽平衡探测器接收光信号，得到重复频率与光学频率梳重复频率保持一致的校准峰信号。
在本实施例中，光学器件型号及参数信息如下，调频连续波FMCW激光器的具体型号为LUNA PHOENIX 1400，其波长调制范围可达1515~1565nm，波长调制速率范围为1~120nm/s，波长调制范围设置为1545~1555nm，频率调制速度为100nm/s，激光源线宽为1.5MHz。光学频率梳激光器具体型号为Menlo systems FC1550-ULN，重复频率为100MHz。声光调制器AOM的型号为GOOCH&HOUSEGO Fiber Q，移频范围为80MHz。
本实例以高速稳定转速为1500r/min，测量点线速度为11.875m/s转台作为测量目标，以FMCW激光与光学频率梳干涉产生的校准峰为基准，将信号直接溯源到光学频率梳上，通过合理数量的校准峰形成的等频率间隔对信号进行分段截取，利用光频梳具有稳定重复频率这一特性，将光频梳作为一把基准尺进行等频率间隔的信号截取与运算，通过对精准、高效的总体信号中分段瞬时频率的精准获取，拟合出FMCW激光测量动态目标频率变化曲线，实现高速动态目标测量信号的变周期调频参数估计（测量信号的时频信息），进而完成对高速目标的速度-距离信息同步、准确测量。
步骤一：利用FMCW激光作为测量光源，激光波长调制方式为锯齿波调制，调制范围设置为1545nm到1555nm，频率调制速度为100nm/s，搭建以马赫曾德干涉光路为主的高速动态目标测量系统。设置FMCW激光探测系统的激光发射信号表达式为：
(a)
设时，目标与激光探测系统的径向距离为/>，相对径向速度为v，远离激光测量系统方向为正方向，中心频率为/>，光速为c，根据极限思想可默认在极短时间内相较于光速而言，目标动态移动速度可视作匀速运动，则可知FMCW激光测量系统回波信号相较于发射信号的时间延迟表达式为：
(b)
此时，激光测量系统本振信号与回波信号干涉产生的混频信号表达式为：
(c)
相位信息为：
(d)
混频后获得的中频瞬时频率为：
(e)
由于目标运动速度与光速至少相差5个数量级，因此可以将光速平方项舍去，中频信号的频率表达式可以简写为：
(f)
如图1所示，结合式(f)，FMCW激光测量系统发射信号与回波信号拍频获得的中频信号是斜率为的线性调频信号，即其时频图是一次函数关系。如图2所示，此时获取的测量路中频信号频谱信息将出现严重的展宽，以此数据直接进行频谱分析很难获取准确的目标速度信息。
步骤二：如图3所示，利用分束器将FMCW激光分束与光频梳光源耦合到一路，发生干涉，光学频率梳的重复频率为100MHz，光功率为10mw，采用带宽为13MHz的光电探测器接收，如图6所示，由于光电探测器的带宽限制，相当于对原始信号进行低通滤波，获取光梳校准峰信号，用作对高速目标测量信号进行等光频分段校准参照及拆分基准，还可以用于消除激光光源带来的扫频非线性。同时，获取移频后的参考路激光与测量光耦合形成的干涉中频信号。
步骤三：对步骤二中获取的光频梳与FMCW激光干涉产生的校准峰信号进行希尔伯特变换，求取其绝对值，然后利用包络拟合获取平滑的峰值曲线，最后利用寻峰函数获取其校准峰值点信息。
步骤四：如图4所示，利用步骤三中获取的校准峰，系统测量路接收到的测量路拍频信号以每相邻的两个校准峰之间的中频信号作为一段频率采样，如图6所示，测量系统获取一段时间长度为T的测量路干涉信号看作为中频信号采样序列/>的表达式为：
(g)
如图4和图5所示，以测量系统光频梳校准峰信号为基准，每10个校准峰信号的等频率间隔为单位，即每间隔1GHz进行一次等频率间隔截取，从中频信号的采样序列中获取多段等频率间隔的信号序列、/>…：
(h)
(i)
步骤四：如图5所示，将获取的多段等频率间隔序列同时做傅里叶变换，取模，对多段信号序列、/>…的峰值搜索，如图7所示，获取多段等频率间隔序列的信号频谱峰值（仅以两段信号序列为例）/>、/>…，进而获取多段等间隔频率信号的中心频率为：
(j)
(k)
步骤五：对步骤四中获取的多段信号序列的中心频率构建与多段截取获得的等频率间隔信号序列实际时间中间点之间的对应关系，得到每段信号序列与中心频率的坐标数据为（以两段信号序列为例）为。
步骤六：如图7所示，利用步骤五，获得的多段信号序列中心频率与实际时间中间点的坐标，联立方程组，拟合出中频信号频率随时间的变换曲线：
(l)
其中，是高速动态目标测量中频信号的频率估计值，/>是动态目标导致的频率调频项估计值。求解方程组，获得/>与/>，得到高速动态目标速度-距离同步测量结果表示为：
(m)
(n)
其中，k为FMCW激光器调频啁啾率，为此时动态目标距离测量值，/>为此时动态目标速度测量值。
本实例的信号处理部分主要包含对光频梳与FMCW激光干涉产生的校准峰信号进行希尔伯特变换，求取其绝对值，然后利用包络拟合获取平滑的峰值曲线，最后利用寻峰函数获取其校准峰值点信息，根据光频梳校准峰信号为基准，以每10个校准峰信号的等频率间隔为单位，即每间隔1GHz进行一次等频率间隔截取，从中频信号的采样序列中获取多段等频率间隔的信号，如图6所示。将获取的多段等频率间隔信号序列同时做傅里叶变换，取模，对多段信号序列进行峰值搜索，获取多段等频率间隔序列的信号频谱峰值，二次拟合出测量路中频信号随时间变化曲线，得到中频信号调制斜率，如图7所示。代入式(n)中，获得高速目标瞬时速度、距离值。
本实例所述的一种光频梳溯源的变周期调频参数估计FMCW激光高速目标速度-距离同步测量方法及系统可以实现高速动态目标速度-距离信息的同步精密测量，解决了传统FMCW激光测量动态目标测量慢，且存在的严重的频谱展宽无法获取准确的速度-距离结果问题，频谱展宽如图2所示。如图8所示，经过距离约为0.8m，恒定转速为1500rpm高速转台实验的多次多点测量应用证明，如表1所示部分测点，该测量方法及系统的速度-距离测量稳定性好，分辨力高，准确度高。
表1
虽然在本文中选取了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围，这些均属于本发明的保护范围之内。
本发明以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将FMCW调频连续波激光作为测量光源，将激光波长调制方式设置为锯齿波调制，搭建高速动态目标测量系统；
步骤S2：利用分束器将FMCW调频连续波激光分束与光频梳光源耦合到一路进行干涉，获取光频梳校准信号，作为对高速目标测量信号进行等光频分段校准参照及拆分基准；
步骤S3：对光频梳校准信号与FMCW调频连续波激光干涉产生的校准峰信号进行希尔伯特变换并求取其绝对值，利用包络拟合获取平滑的峰值曲线，利用寻峰函数获取光频梳校准峰信号；
步骤S4：以光频梳校准峰信号为基准，以每相邻的两个校准峰之间的中频信号作为一段频率采样，获取一段时间长度为T的测量路干涉信号看作为中频信号采样序列，从采集到的中频信号采样序列中获取多段等频率间隔信号，获取每段信号的中心频率；
步骤S5：构建多段信号的中心频率与等频率间隔信号序列实际时间中间点之间的对应关系，获得多段信号中心频率与实际时间中间点的坐标，拟合出测量路中频信号时频信息曲线，获得待测高速目标速度和距离精密测量结果。
2.根据权利要求1所述的调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，其特征在于，所述步骤S1激光波长锯齿波调制范围为1545~1555nm，调制速度为100nm/s；所述高速动态目标测量系统以马赫曾德干涉光路为主。
3.根据权利要求2所述的调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，其特征在于，所述光频梳重复频率为100MHz，输出光功率为10mW。
4.根据权利要求3所述的调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，其特征在于，所述中频信号采样序列 表达式为：
；
其中，、/>、…、/>为采样的多段中频信号，下标dIF为采样中频信号标识，n代表第n段中频信号，N代表获取的中频信号分段数；
中频信号相位与时间t变化关系/>表述为：
；
中频信号的频率随时间t变化的表达式简述为：
；
其中，为目标与激光探测系统的径向距离，/>为相对径向速度，远离激光测量系统方向为正方向，/>为中心频率，c为光速，k为常数，t为时间，/>为目标距离导致的回光延迟时间，T为获得每段等频率间隔信号的周期，下标IF为中频信号标识。
5.根据权利要求4所述的调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，其特征在于，所述多段等频率间隔信号中心频率表示为：
；
；
…
；
多段信号的中心频率与等频率间隔信号序列实际时间中间点/>之间的对应关系为：
；
；
…
；
其中，、/>、…、/>为获得多段等间隔信号的中心频率，、/>、…、/>多段等频率间隔序列的信号频谱峰值横坐标，n代表第n段中频信号，/>为获得每段等频率间隔信号的周期，/>代表获取的中频信号分段数，/>代表获取的每段信号长度。
6.根据权利要求5所述的调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，其特征在于，所述步骤S5中频信号时频信息曲线表示为：
；
其中，是高速动态目标测量中频信号的频率估计值，/>是动态目标导致的频率调频项估计值，/>代表获取的每段信号长度，/>和/>代表多段等频率间隔序列的信号频谱峰值横坐标。
7.根据权利要求6所述的调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，其特征在于，所述步骤S5待测高速目标速度和距离/>表示为：
；
其中，为FMCW调频连续波激光器调频啁啾率，/>为此时动态目标距离测量值，/>为此时动态目标速度测量值，/>为选取的采样中频信号标识，下标/>为选取的采样中频信号标识。
8.调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统，用于实现权利要求1~7任意一项所述的调频连续波激光高速目标的速度和距离测量方法，其特征在于，包括：调频连续波激光器 FMCW、掺铒功率放大器 EDFA、光隔离器、环形器 CIR、准直镜 CM、声光调制器 AOM以及多个光分束器、多个光耦合器和多个平衡探测器；所述调频连续波激光器FMCW与掺铒功率放大器 EDFA通过光纤直接连接光隔离器；所述调频连续波激光器FMCW连接至光分束器一后，一分路连接光耦合器一和平衡探测器一后再连接至数据采集卡，所述光耦合器一还连接光衰减器和OFC电源；所述调频连续波激光器FMCW连接至光分束器一后另一路依次连接掺铒功率放大器 EDFA和光分束器二，光分束器二一路连接环形器CIR、光耦合器二和平衡探测器二后连接至数据采集卡，另一路连接声光调制器 AOM再连接至光耦合器二，所述声光调制器 AOM还连接射频放大器和信号发生器；所述环形器CIR还连接准直器CM与目标进行交互。
9.根据权利要求8所述的调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统，其特征在于，所述调频连续波激光器 FMCW波长调制范围设置为1545~1555nm，频率调制速度为100nm/s，激光源线宽为1.5MHz；所述光纤锁模光学频率梳重复频率范围为100MHz。
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