WO2024138755A1 - 激光测量仪、激光测量方法、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
一种激光测量仪（10）、激光测量方法、电子设备及介质，属于激光测量仪技术领域。激光测量仪（10）包括：激光发射模块（11），用于对脉冲种子源（301）发射的脉冲信号和连续波激光器（302）发射的连续波信号进行信号处理得到一个激光发射光束，并将激光发射光束准直发射至探测区域中，以及对连续波激光器（302）发射的连续波信号进行信号处理得到一个本振激光光束；激光接收模块（12），用于接收激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束和本振激光光束，并将反射激光光束和本振激光光束进行混频处理得到混合信号，混合信号包括拍频信号及激光发射光束包括的脉冲信号分量，对混合信号进行信号处理以计算目标的距离、速度及振动量。这样，可以提高测量效率。
Description
本申请属于激光测量仪技术领域，尤其涉及一种激光测量仪、激光测量方法、电子设备及介质。
激光技术是一项应用广泛的新技术，激光是一种颜色很纯、能量高度集中、方向性很好的光。激光测距仪是利用激光进行测距的一种仪器，其原理是利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量，测量范围为3.5～5000米。按照测距方法分为相位法测距仪和脉冲法测距仪，脉冲式激光测距仪是在工作时，向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。相位法激光测距仪是利用检测发射光和反射光在空间中传播时发生的相位差来检测距离的。现有激光测距仪可实现对目标距离的测量，但绝对距离的测量误差较大，且没有运动速度和振动量的测量功能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种激光测量仪、激光测量方法、电子设备及介质，可以实现对目标的距离、运动速度及振动两的测量，提高测量效率。
第一方面，本申请实施例提供了一种激光测量仪，包括：
激光发射模块，包括一个脉冲种子源和一个连续波激光器，所述激光发射模块用于对所述脉冲种子源发射的脉冲信号和所述连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个激光发射光束，并将所述激光发射光束准直发射至探测区域中，以及对所述连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个本振激光光束，所述脉冲信号和连续波信号的波长不同；
激光接收模块，用于接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束和所述本振激光光束，并将所述反射激光光束和所述本振激光光束进行混频处理得到混合信号，所述混合信号包括拍频信号及所述激光发射光束包括的脉冲信号分量，对所述混合信号进行信号处理以计算所述目标的距离、速度及振动量。
第一方面，本申请实施例提供了一种激光测量方法，应用于第一方面提供的激光测量仪，所述方法包括：
激光发射模块对脉冲种子源发射的脉冲信号和连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个激光发射光束，并将所述激光发射光束准直发射至探测区域中，以及对所述连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个本振激光光束，所述脉冲信号和连续波信号的波长不同；
激光接收模块接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束和所述本振激光光束，并将所述反射激光光束和所述本振激光光束进行混频处理得到混合信号，所述混合信号包括拍频信号及所述激光发射光束包括的脉冲信号分量，对所述混合信号进行信号处理以计算所述目标的距离、速度及振动量。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括第一方面提供的激光测量仪。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行第三方面提供的激光测量方法。
本实施例提供的激光测量仪、激光测量方法、电子设备及介质，由于一个激光发射光束包括不同波长的脉冲信号和连续波信号，当一个所述激光发射光束发射出去，遇到目标反馈一个反射激光光束，则反射激光光束中也有连续波信号，这样，利用反射激光光束与本振激光光束产生拍频信号，从而基于拍频信号计算激光测量仪与目标的相对速度及振动量。本实施例提供的激光测量仪可以为每个点云赋予对应的速度值、振动量，从而确定激光测量仪与目标之间的距离、速度及振动量，提高激光测量仪测量效率。
图1示出了本申请实施例提供的激光测量仪的结构示意图之一；
图2示出了本申请实施例提供的激光测量仪的结构示意图之二；
图3示出了本申请实施例提供的激光测量仪的结构示意图之三；
图4示出了本申请实施例提供的激光测量仪的结构示意图之四；
图5示出了本申请实施例提供的激光测量仪的结构示意图之五；
图6示出了本申请实施例提供的激光测量仪的结构示意图之六；
图7示出了本申请实施例提供的拍频信号的示意图之一。
图标：10-激光测量仪，11-激光发射模块，12-激光接收模块。
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多 个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本申请实施例提供了一种激光测量仪。该种激光测量仪可以测量目标与种激光测量仪的距离、运动速度及振动量，提高测速效率。
请参阅图1，该激光测量仪10包括：
激光发射模块11，包括一个脉冲种子源(未示出)和一个连续波激光器(未示出)，所述激光发射模块11用于对所述脉冲种子源发射的脉冲信号和所述连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个激光发射光束，并将所述激光发射光束准直发射至探测区域中，以及对所述连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个本振激光光束，所述脉冲信号和连续波信号的波长不同；
激光接收模块12，用于接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束和所述本振激光光束，并将所述反射激光光束和所述本振激光光束进行混频处理得到混合信号，所述混合信号包括拍频信号及所述激光发射光束包括的脉冲信号分量，对所述混合信号进行信号处理以计算所述目标的距离、速度及振动量。
在本实施例中，所述连续波激光器包括窄线宽分布式反馈(Distributed Feedback Laser，DFB)激光器。
在本实施例中，由于一个激光发射光束包括不同波长的脉冲信号和连续波信号，当一个所述激光发射光束发射出去，遇到目标反馈一个反射激光光束，则反射激光光束中也有连续波信号，这样，利用反射激光光束与本振激光光束产生拍频信号，从而基于拍频信号计算激光测量仪与目标的相对速度及振动量。本实施例提供的激光测量仪可以为每个点云赋予对应的速度值、振动量，从而确定激光测量仪与目标之间的距离、速度及振动量，提高激光测量仪测量效率。
在本实施例中，由于窄线宽DFB激光器用于发射连续波信号，窄线宽DFB激光器作为发射连续波光信号的光源，其线宽越窄，在进行混频得到的拍频信号的频率值越准确，连续波激光器也可以为其他类型的窄线宽激光器，在此不做限制。
参见图2，所述激光发射模块11还包括：
连续波信号处理模块111，与所述连续波激光器(未示出)连接，用于对所述连续波激光器出射的连续波信号耦合处理，得到对应的第一连续波信号和第二连续波信号；
第一光束发射模块112，与所述脉冲种子源(未示出)和所述连续波信号处理模块连接111，用于对所述脉冲种子源(未示出)出射的脉冲信号与所述连续波信号处理模块111发送的所述第一连续波信号进行相应信号处理，生成并准直发射一个所述激光发射光束，并接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束；
第二光束发射模块113，与所述连续波信号处理模块111连接，用于对所述连续波信号处理模块发送的第二连续波信号进行移频处理，生成并准直发射一个所述本振激光光束。
参见图3，所述连续波信号处理模块111包括第一耦合器1122，所述第一耦合器1122的输入端与所述连续波激光器302连接，所述第一耦合器1122的输出端分别与所述第一光束发射模块111及所述第二光束发射模块113连接，所述第一耦合器1122用于对所述连续波激光器302出射的连续波信号耦合处理，得到对所述第一连续波信号和所述第二连续波信号，将所述第一连续波信号发送至所述第一光束发射模块111，并将所述第二连续波信号发送至所述第二光束发射模块113。
在本实施例中，所述第一耦合器为保偏型。
需要说明的是，由于窄线宽DFB激光器提供的光源是线偏振激光，本实施例中的第一耦合器采用保偏型，可有效降低器件损耗。
请再次参见图3，所述连续波信号处理模块112还包括第一隔离器1121，所述第一隔离器1121的输入端与所述连续波激光器302连接，所述第一隔离器1121的输出端与所述第一耦合器1122连接，所述第一隔离器1121用于将所述连续波激光器302发送的初始信号进行隔离处理，得到所述连续波激光器302发射的所述连续波信号，并向所述第一耦合器1122发送所述连续波信号。
这样，采用第一隔离器1121可以对所述连续波激光器302发送的初始信号中的干扰信号进行隔离，只留下所述连续波激光器302出射的连续波信号，提高连续波信号的精度，降低干扰信号的影响。
进一步补充的是，图3中的连续波信号处理模块111也可以省略第一隔离器1121，所述连续波信号处理模块111仅仅包括第一耦合器1122，第一耦合器1122直接与一个所述连续波激光器302、所述第二光束发射模块113及所述第一光束发射模块111连接，用于分别对所述连续波激光器302出射的连续波信号耦合处理，得到所述连续波激光器302对应的第一连续波信号和第二连续波信号，并将所述连续波激光器302对应的第一连续波信号发送至所述第一光束发射模块111，并将所述连续波激光器对应的第二连续波信号发送至第二光束发射模块113。
这样，节约一个第一隔离器，降低成本。
请再次参见图3，所述第一光束发射模块111包括：
波分复用器1112，分别与所述脉冲种子源301和所述连续波信号处理模块112连接，用于对所述脉冲种子源301出射的脉冲信号与所述连续波信号处理模块112发送的所述第一连续波信号进行波分复用处理，得到一个波分复用信号；
光纤放大模块1113，与所述波分复用器1112连接，用于将所波分复用信息进行放大处理，将放大后波分复用信号作为所述激光发射光束；
第一准直发射模块1114，与所述光纤放大模块1113连接，用于将所述激光发射光束准直发射至探测区域中，并接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束。
请再次参见图3，所述第一光束发射模块111还包括第二隔离器1111，所述第二隔离器1111的输入端与所述脉冲种子源301连接，所述第二隔离器1111的输出端与所述波分复用器1112连接，所述第二隔离器1111用于将所述脉冲种子源301发送的初始信号进行隔离处理，得到所述脉冲种子源301出射的脉冲信号，将所述脉冲种子源301出射的脉冲信号发送至所述波分复用器1112。
在本实施例中，所述光纤放大模块1113包括至少一级保偏光纤放大器。
请再次参见图3，所述第二光束发射模块113包括声光移频器1131，与所述连续波信号模块112连接，用于对所述连续波信号处理模块112发送的第二连续波信号进行移频处理，生成所述本振激光光束。
请参见图4，所述激光接收模块12包括：
接收组件121，分别与所述第一准直发射模块1114及所述声光移频器1131连接，用于接收所述第一准直发射模块1114发送的所述反射激光光束及所述声光移频器1131发送的所述本振激光光束；
探测器122，用于接收所述接收组件121发送的所述反射激光光束及所述本振激光光束，并对所述反射激光光束及所述本振激光光束进行混频处理，得到所述混合信号；
控制器124，用于对所述混合信号进行信号处理以计算所述目标的距离、速度及振动量。
在一实施方式中，接收组件121可以为耦合器。
请再次参见图3，所述第一准直发射模块1114包括光纤环形器11141和发射接收镜头11142，所述光纤环形器11141与所述光纤放大模块1131连接，用于将所述激光发射光束发送至所述发射接收镜头11142，所述发射接收镜头11142用于将所述激光发射光束反射至所述探测区域，接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束，并将所述反射激光光束发送至所述光纤环形器11141；
所述接收组件121包括第二耦合器1211，所述第二耦合器1211的输入端分别与所述光纤环形器11141及所述声光移频器1131连接，所述第二耦合器1211的输出端与所述探测器122连接，所述第二耦合器1211用于将所述光纤环形器11141发送的所述反射激光光束及所述声光移频器1131发送的所述本振激光光束发送至所述探测器122。
示范性的，在图3中，连续波激光器32输出连续波信号，第一耦合器1122对连续波激光器302发送的连续波信号进行耦合处理，得到对应的第一连续波信号及第二连续波信号，第一耦合器1122输出的第一连续波信号进入波分复用器1112。脉冲种子源301向波分复用器1112输出脉冲信号，对第一连续波信号及脉冲信号进行波分复用处理，得到对应一个波分复用信号，光纤放大模块1113接收对应的一个波分复用信号，并对一个波分复用信号放大处理，将放大后波分复用信号作为激光发 射光束，每个激光发射光束包括不同波长的脉冲信号和连续波信号。可以将一路激光发射光束发送至第一准直模块1114中，由第一准直模块1114准直发射一路激光发射光束。
一路激光发射光束依次经过光纤环形器11141的第一端口、第二端口，并经过发射接收镜头11142的准直处理后发射至探测目标。达到探测目标表面后反馈回反射激光光束反射，反射激光光束反射依次经过发射接收镜头11142、光纤环形器11141的第二端口和第三端口输入至第二耦合器1211的另一个输入端，第二耦合器1211将反射激光光束和本振激光光束输出至探测器122，在探测器122上进行混频处理得到混频信号，将所述混频信号发送至控制器123进行信号处理，信号过程包括包括对脉冲信号和混频信号一起放大、采样、分离等，计算探测目标相对激光测距测速仪的距离、速度和振动量。振动本身就是连续变化的速度，不同的通过对目标振动造成的多普勒频移进行分析，可以获知目标的振动频率和振幅值。
请参见图5，第二光束发射模块(未示出)还包括第二准直发射模块1132，与所述声光移频器(未示出)连接，用于接收所述声光移频器发送的所述本振激光光束，并向所述探测器121准直发射所述本振激光光束。
请参见图5，所述第一准直发射模块1114包括第一准直器11141和第一反射镜11142，所述第一准直器11141与所述光纤放大模块(未示出)连接，用于将所述激光发射光束准直发射至所述第一反射镜11142中，所述第一反射镜11142用于将所述激光发射光束反射至所述探测区域中；
所述第二准直发射模块1132包括第二准直器11321和第二反射镜11322，所述第二准直器11321与所述声光移频器(未示出)连接，用于接收所述声光移频器发送的所述本振激光光束，并将所述本振激光光束发送至所述二反射镜11322，所述第二反射镜11322将所述本振激光光束发送至所述探测器121；
所述接收组件(未示出)包括第一接收透镜1212，所述第一接收透镜1212，用于对所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束进行聚焦处理，得到一个聚焦处理后的反射激光光束，将聚焦处理后的反射激光光束发射至所述探测器121。
示范性的，在图5中，第一准直器11141将一路激光发射光束发送至第一反射镜11142，第一反射镜11142再将一路激光发射光束反射至所述探测区域，激光发射光束遇到目标后返回一路所述反射激光光束，第一接收透镜1211的面积比较大，可以充分接收反馈的反射激光光束，并对反射激光光束进行聚焦处理。第二准直器11321向第二反射镜11322发送一路本振激光光束，第二反射镜11322垂直将多路本振激光光束反射至探测器122。探测器122在接收聚焦处理的反射激光光束及本振激光光束后，进行拍频处理。
请参见图6，所述第一准直发射模块1114包括第三准直器11143和偏振分光棱镜11144，所述第三准直器11143与所述光纤放大模块(未示出)连接，用于将所述激光发射光束准直发射至所 述偏振分光棱镜11144中，所述偏振分光棱镜11144用于将所述激光发射光束反射至所述探测区域中；
所述第二准直发射模块1132包括第四准直器11323和棱镜11324，所述第四准直器11323与所述声光移频器(未示出)连接，用于接收所述声光移频器发送的所述本振激光光束，并将所述本振激光光束发送至所述探测器；
所述接收组件(未示出)包括第二接收透镜1212，所述第二接收透镜1212接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束进行聚焦处理，得到一个聚焦处理后的反射激光光束，将聚焦处理后的反射激光光束发射至所述探测器122。
示范性的，在图6中，第三准直器11143将一路激光发射光束发送至偏振分光棱镜11144，偏振分光棱镜11144再将一路激光发射光束反射至所述探测区域，激光发射光束遇到目标后返回多路所述反射激光光束，第二接收透镜1212充分接收反馈的反射激光光束，并对反射激光光束进行聚焦处理。第四准直器11323向棱镜11324发送一路本振激光光束，棱镜11324垂直将多路本振激光光束反射至探测器122。探测器122在接收聚焦处理的反射激光光束及一路本振激光光束后，进行拍频处理。
在一实施方式中，所述控制器包括：
放大电路，用于对所述混合信息进行放大处理，得到放大后混合信号；
采样电路，用于对所述放大后混合信号进行采样处理，得到采样信号；
处理电路，用于将所述采样信号进行信号分离处理，得到所述拍频信号及所述脉冲信号分量，根据所述拍频信号分量及所述脉冲信号分量计算所述目标的距离、速度及振动量。
示范性的，当激光发射光束遇到目标反馈回反射激光光束，且反射激光光束被接收组件汇聚到探测器上时，反射激光光束中的脉冲信号分量被探测器接转换成电脉冲，而频率为f的反射连续波信号分量则与本振激光光束(频率为f+f1)在探测器表面混频，获得相干的拍频信号。因为光频率f极高，只有(f+f1)-f的频率成分能够被后续放大电路放大。拍频信号与脉冲信号分量一起放大后，用采样电路采样，采样电路可以包括高速模数转换器ADC。在数据域中通过不同频率滤波器可以将拍频信号、脉冲信号分量进行分离。具体的，脉冲信号分量及拍频信号分别有如下特征：脉冲信号一般带宽小于200MHz，主要能量集中在几十兆赫兹，拍频信号能量集中在100MHz以上。脉冲宽度一般只有几纳秒，而连续波拍频则是不间断的，根据拍频信号及脉冲信号分量的特征，可以分别进行计算目标的距离及速度。脉冲信号分量使用TOF算法计算目标的距离。拍频信号根据多普勒频移公式计算相对速度。这样可以使每个输出的点云都带有速度信息。
在本实施例中，多普勒公式如下：
其中，v表示所述目标的速度，λ表示波长，f
0表示载波频率，f
d表示根据所述拍频信号确定的频移。
由上述公式，可以得到如下公式；
其中，v表示所述目标的速度，λ表示波长，f
d表示根据所述拍频信号确定的频移。
在一实施方式中，所述处理电路，用于根据以下公式计算所述目标的速度信息；
其中，v表示所述目标的速度，λ表示波长，f
d表示根据所述拍频信号确定的频移。
请参见图7，当目标与雷达相对速度为零时，反射连续波信号分量与本振激光光束的拍频频移等于频率偏移值(f1)。当目标与雷达相对速度不为零时，则根据多普勒频移公式产生的拍频有f
d的频率偏移，即拍频为f1+f
d。如果拍频值大于频率搬移值，说明目标在接近激光测量仪；如果拍频值小于频率搬移值，说明目标在远离激光测量仪。从而，可以根据拍频值与频率搬移值的大小关系，确定目标相对于激光测量仪的运动方向，提高速度的准确度。
本实施例中，由于一个激光发射光束包括不同波长的脉冲信号和连续波信号，当一个所述激光发射光束发射出去，遇到目标反馈一个反射激光光束，则反射激光光束中也有连续波信号，这样，利用反射激光光束与本振激光光束产生拍频信号，从而基于拍频信号计算激光测量仪与目标的相对速度及振动量。本实施例提供的激光测量仪可以为每个点云赋予对应的速度值、振动量，从而确定激光测量仪与目标之间的距离、速度及振动量，提高激光测量仪测量效率。
实施例2
本申请实施例提供了一种激光测量方法。该方法应用于实施例1提供的激光测量仪，可以测量目标与种激光测量仪的距离、运动速度及振动量，提高测速效率。
本申请实施例的激光测量方法，包括：
激光发射模块对脉冲种子源发射的脉冲信号和连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个激光发射光束，并将所述激光发射光束准直发射至探测区域中，以及对所述连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个本振激光光束，所述脉冲信号和连续波信号的波长不同；
激光接收模块接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束和所述本振激光光束，并将所述反射激光光束和所述本振激光光束进行混频处理得到混合信号，所述混合信号包括拍频信号及所述激光发射光束包括的脉冲信号分量，对所述混合信号进行信号处理以计算所述目标的距离、速度及振动量。
本实施例提供的方法应用于实施例1提供的激光测量方法，可以实现实施例1提供的相应功能 步骤，达到相应的效果，为避免重复，在此不做赘述。
实施例3
本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括实施例1提供的激光测量仪。
本实施例提供的电子设备包括实施例1提供的激光测量仪，可以实现实施例1提供的相应功能步骤，达到相应的效果，为避免重复，在此不做赘述。
实施例4
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行实施例2提供的激光测量方法。
本实施例提供的计算机可读存储介质可以实习实施例2提供的激光测量方法，达到相应的效果，为避免重复，在此不做赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者终端中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (18)
- 一种激光测量仪，其特征在于，包括：激光发射模块，包括一个脉冲种子源和一个连续波激光器，所述激光发射模块用于对所述脉冲种子源发射的脉冲信号和所述连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个激光发射光束，并将所述激光发射光束准直发射至探测区域中，以及对所述连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个本振激光光束，所述脉冲信号和连续波信号的波长不同；激光接收模块，用于接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束和所述本振激光光束，并将所述反射激光光束和所述本振激光光束进行混频处理得到混合信号，所述混合信号包括拍频信号及所述激光发射光束包括的脉冲信号分量，对所述混合信号进行信号处理以计算所述目标的距离、速度及振动量。
- 根据权利要求1所述的激光测量仪，其特征在于，所述连续波激光器包括窄线宽DFB激光器。
- 根据权利要求1或2所述的激光测量仪，其特征在于，所述激光发射模块还包括：连续波信号处理模块，与所述连续波激光器连接，用于对所述连续波激光器出射的连续波信号耦合处理，得到对应的第一连续波信号和第二连续波信号；第一光束发射模块，与所述脉冲种子源和所述连续波信号处理模块连接，用于对所述脉冲种子源出射的脉冲信号与所述连续波信号处理模块发送的所述第一连续波信号进行相应信号处理，生成并准直发射一个所述激光发射光束，并接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束；第二光束发射模块，与所述连续波信号处理模块连接，用于对所述连续波信号处理模块发送的第二连续波信号进行移频处理，生成并准直发射一个所述本振激光光束。
- 根据权利要求3所述的激光测量仪，其特征在于，所述连续波信号处理模块包括第一耦合器，所述第一耦合器的输入端与所述连续波激光器连接，所述第一耦合器的输出端分别与所述第一光束发射模块及所述第二光束发射模块连接，所述第一耦合器用于对所述连续波激光器出射的连续波信号耦合处理，得到对所述第一连续波信号和所述第二连续波信号，将所述第一连续波信号发送至所述第一光束发射模块，并将所述第二连续波信号发送至所述第二光束发射模块。
- 根据权利要求4所述的激光测量仪，其特征在于，所述连续波信号处理模块还包括第一隔离器，所述第一隔离器的输入端与所述连续波激光器连接，所述第一隔离器的输出端与所述第一耦合器连接，所述第一隔离器用于将所述连续波激光器发送的初始信号进行隔离处理，得到所述连续波激光器发射的所述连续波信号，并向所述第一耦合器发送所述连续波信号。
- 根据权利要求3所述的激光测量仪，其特征在于，所述第一光束发射模块包括：波分复用器，分别与所述脉冲种子源和所述连续波信号处理模块连接，用于对所述脉冲种子源出射的脉冲信号与所述连续波信号处理模块发送的所述第一连续波信号进行波分复用处理，得到一个波分复用信号；光纤放大模块，与所述波分复用器连接，用于将所波分复用信息进行放大处理，将放大后波分复用信号作为所述激光发射光束；第一准直发射模块，与所述光纤放大模块连接，用于将所述激光发射光束准直发射至探测区域中，并接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束。
- 根据权利要求6所述的激光测量仪，其特征在于，所述第一光束发射模块还包括第二隔离器，所述第二隔离器的输入端与所述脉冲种子源连接，所述第二隔离器的输出端与所述波分复用器连接，所述第二隔离器用于将所述脉冲种子源发送的初始信号进行隔离处理，得到所述脉冲种子源出射的脉冲信号，将所述脉冲种子源出射的脉冲信号发送至所述波分复用器。
- 根据权利要求6或7所述的激光测量仪，其特征在于，所述光纤放大模块包括至少一级保偏光纤放大器。
- 根据权利要求6所述的激光测量仪，其特征在于，所述第二光束发射模块包括声光移频器，与所述连续波信号模块连接，用于对所述连续波信号处理模块发送的第二连续波信号进行移频处理，生成所述本振激光光束。
- 根据权利要求9所述的激光测量仪，其特征在于，所述激光接收模块包括：接收组件，分别与所述第一准直发射模块及所述声光移频器连接，用于接收所述第一准直发射模块发送的所述反射激光光束及所述声光移频器发送的所述本振激光光束；探测器，用于接收所述接收组件发送的所述反射激光光束及所述本振激光光束，并对所述反射激光光束及所述本振激光光束进行混频处理，得到所述混合信号；控制器，用于对所述混合信号进行信号处理以计算所述目标的距离、速度及振动量。
- 根据权利要求10所述的激光测量仪，其特征在于，所述第一准直发射模块包括光纤环形器和发射接收镜头，所述光纤环形器与所述光纤放大模块连接，用于将所述激光发射光束发送至所述发射接收镜头，所述发射接收镜头用于将所述激光发射光束反射至所述探测区域，接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束，并将所述反射激光光束发送至所述光纤环形器；所述接收组件包括第二耦合器，所述第二耦合器的输入端分别与所述光纤环形器及所述声光移频器连接，所述第二耦合器的输出端与所述探测器连接，所述第二耦合器用于将所述光纤环形器发送的所述反射激光光束及所述声光移频器发送的所述本振激光光束发送至所述探测器。
- 根据权利要求10所述的激光测量仪，其特征在于，所述第二光束发射模块还包括第二准直发射模块，与所述声光移频器连接，用于接收所述声光移频器发送的所述本振激光光束，并向所述探测器准直发射所述本振激光光束。
- 根据权利要求12所述的激光测量仪，其特征在于，所述第一准直发射模块包括第一准直器和第一反射镜，所述第一准直器与所述光纤放大模块连接，用于将所述激光发射光束准直发射至所述第一反射镜中，所述第一反射镜用于将所述激光发射光束反射至所述探测区域中；所述第二准直发射模块包括第二准直器和第二反射镜，所述第二准直器与所述声光移频器连接，用于接收所述声光移频器发送的所述本振激光光束，并将所述本振激光光束发送至所述二反射镜，所述第二反射镜将所述本振激光光束发送至所述探测器；所述接收组件包括第一接收透镜，所述第一接收透镜，用于对所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束进行聚焦处理，得到一个聚焦处理后的反射激光光束，将聚焦处理后的反射激光光束发射至所述探测器。
- 根据权利要求12所述的激光测量仪，其特征在于，所述第一准直发射模块包括第三准直器和偏振分光棱镜，所述第三准直器与所述光纤放大模块连接，用于将所述激光发射光束准直发射至所述偏振分光棱镜中，所述偏振分光棱镜用于将所述激光发射光束反射至所述探测区域中；所述第二准直发射模块包括第四准直器和棱镜，所述第四准直器与所述声光移频器连接，用于接收所述声光移频器发送的所述本振激光光束，并将所述本振激光光束发送至所述探测器；所述接收组件包括第二接收透镜，所述第二接收透镜接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束进行聚焦处理，得到一个聚焦处理后的反射激光光束，将聚焦处理后的反射激光光束发射至所述探测器。
- 根据权利要求10所述的激光测量仪，其特征在于，所述控制器包括：放大电路，用于对所述混合信息进行放大处理，得到放大后混合信号；采样电路，用于对所述放大后混合信号进行采样处理，得到采样信号；处理电路，用于将所述采样信号进行信号分离处理，得到所述拍频信号及所述脉冲信号分量，根据所述拍频信号分量及所述脉冲信号分量计算所述目标的距离、速度及振动量。
- 一种激光测量方法，其特征在于，应用于权利要求1-15的任一项所述的激光测量仪，所述方法包括：激光发射模块对脉冲种子源发射的脉冲信号和连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个激光发射光束，并将所述激光发射光束准直发射至探测区域中，以及对所述连续波激光器发射的连续波信号进行信号处理得到一个本振激光光束，所述脉冲信号和连续波信号的波长不同；激光接收模块接收所述激光发射光束到达目标表面反射回的反射激光光束和所述本振激光光束，并将所述反射激光光束和所述本振激光光束进行混频处理得到混合信号，所述混合信号包括拍频信号及所述激光发射光束包括的脉冲信号分量，对所述混合信号进行信号处理以计算所述目标的距离、速度及振动量。
- 一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-15中任一项所述的激光测量仪。
- 一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求16所述的激光测量方法。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024138755A1 true WO2024138755A1 (zh) | 2024-07-04 |
Family
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