[发明专利]一种高精度在线测量的测距系统

权利要求书

1.一种高精度在线测量的测距系统，其特征在于，包含：

激光产生单元，其用于产生符合指标要求的激光；

收发光学天线单元，其与激光产生单元相连，用于实现各种光学信号的收发；

测距信号接收处理单元，其与收发光学天线单元相连，用于接收及处理目标回波激光；

稳频单元，其与激光产生单元相连，用于稳定激光器的重复频率；

主控单元，其与测距信号接收处理单元以及稳频单元相连，用于管理系统内各单元的正常工作，以及解算目标的绝对距离并输出；

所述的激光产生单元包括1550nm双光梳飞秒激光器和1064nm脉冲激光器，所述的1064nm脉冲激光器为系统粗测量光源，所述的1550nm双光梳飞秒激光器为系统精测量光源，所述的1550nm双光梳飞秒激光器包括飞秒探测激光器和飞秒采样激光器，所述的飞秒探测激光器输出的探测光和所述的飞秒采样激光器输出的采样光具有固定的重复频率差。

2.如权利要求1所述的一种高精度在线测量的测距系统，其特征在于，所述的高精度在线测量的测距系统还包括：二次电源单元，其与主控单元相连，用于为系统提供特定的电源输出。

3.权利要求1所述的一种高精度在线测量的测距系统，其特征在于，所述的高精度在线测量的测距系统还包括：上位机单元，其与主控单元相连，用于接收主控单元发送的测距结果以及下发指令给主控单元。

4.如权利要求1所述的一种高精度在线测量的测距系统，其特征在于，所述的系统精测量光源测得的精测距离数据值为L₁，其精度为微米级，具有一定的模糊距离L_a，所述的系统粗测量光源测得的粗测距离数据值为L₂，其精度为厘米级；

所述的粗测距离数据值L₂整除所述的模糊距离L_a，得到解算模糊距离的关键参数N：

N＝L₂/L_a；

粗精复合获得高精度远量程距离数据S为：

S＝L₁+N×L_a。

5.如权利要求1所述的一种高精度在线测量的测距系统，其特征在于，所述的收发光学天线单元包括1550nm精测飞秒脉冲收发系统和1064nm粗测脉冲收发系统。

6.如权利要求1所述的一种高精度在线测量的测距系统，其特征在于，所述的测距信号接收处理单元包括1550nm飞秒激光接收模块和1064nm脉冲激光接收模块。

7.如权利要求6所述的一种高精度在线测量的测距系统，其特征在于，所述的1550nm飞秒激光接收模块包括非线性晶体、第一光电探测器、预放电路、中放电路、低通滤波电路、触发采样电路、以及高精度测距单元，所述的非线性晶体与所述的第一光电探测器光路连接，所述的第一光电探测器输出的电信号与所述的预放电路的输入端电路相连，所述的预放电路的输出端与所述的中放电路的输入端电路相连，所述的中放电路的输出端与所述的低通滤波电路的输入端电路相连，所述的低通滤波电路的输出端与所述的高精度测距单元的输入端电路相连，所述的触发采样电路的输入端与所述的中放电路的输出端电路相连，所述的触发采样电路的输出端与所述的高精度测距单元的输入端电路相连；所述的探测光照射到待测目标上返回，目标回波光和采样光在所述的非线性晶体中发生倍频效应，形成非线性光学下采样，采样信号经由所述的第一光电探测器转换为电信号，经由所述的预放电路、中放电路进行两步放大，放大后的电信号经由所述的低通滤波电路获得具有一定信噪比的测距脉冲信号，经由所述的中放电路输出信号进入触发采样电路，所述的触发采样电路输出的采样电信号和所述的低通滤波器电路输出的具有一定信噪比的测距脉冲信号一起进入所述的高精度测距单元，在所述的高精度测距单元进行电信号高速采样，并对采样后的数据进行拟合，采取寻峰及滤波算法测到目标间的距离。

8.如权利要求1所述的一种高精度在线测量的测距系统，其特征在于，所述的稳频单元包括第二光电探测器、带通滤波器、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、顶杆控制器以及压电陶瓷，所述的第二光电探测器与激光器输出端分出的一小部分光相连，所述的第二光电探测器的输出端与所述的带通滤波器的输入端电路相连，所述的带通滤波器的输出端与所述的低噪声放大器的输入端电路相连，所述的低噪声放大器的输出端与所述的混频器的输入端电路相连，所述的混频器的输出端与所述的低通滤波器的输入端电路相连，所述的低通滤波器的输出端于所述的顶杆控制器的输入端电路相连，所述的顶杆控制器的输出端与所述的压电陶瓷的输入端电路相连，所述的压电陶瓷的输出端与所述的双光梳飞秒激光器的一端腔镜相连；所述的第二光电探测器测得激光器输出脉冲重复频率差，通过带通滤波器滤除干扰信号，经低噪声放大器放大后与本地参考频率信号在混频器中混频后得到的误差信号，经低通滤波器滤去高次谐波后反馈给顶杆控制器作为压电陶瓷的输入控制信号驱动压电陶瓷工作，从而改变激光器腔长，锁定激光器的重复频率。