[发明专利]一种高精度在线测量的测距系统

说明书

本发明公开了一种高精度在线测量的测距系统，包含：激光产生单元(1)、收发光学天线单元(2)、测距信号接收处理单元(3)、稳频单元(4)、主控单元(5)、二次电源单元(6)以及上位机单元(7)。本发明中采用双光梳飞秒激光器和光纤激光器分别作为系统的激光精测和激光粗测测距的光源，并基于飞秒双光梳非线性下采样原理实现非接触高精度在线测量，具有精度高，频响高，功耗低，体积小等优点，非常适合对卫星大型天线展开机构和大飞机关键部件等装备进行测量，实现大尺寸天线观测卫星在轨展开和在轨拼接。

技术领域

本发明涉及空间激光高精度测量领域，具体地涉及一种高精度在线测量的测距系统。

背景技术

目前采用的激光测距方法从原理上可分为脉冲飞行时间测距与光学干涉测距两大类。

脉冲飞行时间测距是一种非相干距离测量方法，将激光脉冲的飞行时间信息转换为距离信息，可以实现大尺度的绝对距离测量。然而，这种测距方法的缺点是精度受限于电子探测装置的响应带宽。对于具有30ps分辨能力的精密电子探测装置，其对应的距离分辨率的极限在厘米量级，精度较差。

光学干涉测距方法可以极大地提高测量精度。这种测距方法基于迈克尔逊干涉仪，利用光学同差或外差方法探测目标光路与参考光路的相位差，实现纳米精度的距离测量。然而其绝对测距范围限制在1/2波长以内，因此，光学干涉方法只适于实现增量式位移测量，测量过程需要给定坐标原点，且测量过程不允许中断。

目前，国际上对大型复杂曲面、复杂结构的关键部件进行高精度测量的传统方案，主要包括视觉测量设备、激光经纬仪(全站仪)和激光跟踪仪等，其中，以激光跟踪仪(干涉测长)的精度最高。激光跟踪仪以Leica、FARO为代表，其绝对测长精度可达(10μm+5μm)/m，但其绝对测距功能(ADM)是通过鸟巢标定，信息一旦中断需要重新定位，难以进行连续测量。国内激光跟踪仪以研究机构开发为主，尚未实现工业化产品。在轨实时测量方案中，激光跟踪仪等产品体积、重量和功耗都较大，很多在线测量场合受限，尤其是在卫星天线等在轨产品中无法使用。

近年来，随着飞秒光梳激光技术的飞速发展弥补了这一领域的空缺，绝对长度测量精度与范围不断被刷新。飞秒双光梳测距方法本质上也是飞行时间法测距，虽然飞秒脉冲有着超高的时间分辨本领，但受限于光电探测器的时间响应速率，得不到发挥。

CN107860309A披露的“提高激光跟踪仪测量精度的方法和装置”(公开日：2018年3月30日)基于长度标准装置对激光跟踪仪进行标定,然后将标定获得的标定点的观测量用于对激光跟踪仪实际测量的目标点的观测量进行误差改正,从而提高激光跟踪仪的测量精度。该测距方式采用激光干涉测距，只能通过连续测量得到相对距离，没法测量绝对距离。

“远程激光测距技术及其进展”(《激光与红外》2019年03期)文中介绍了目前国内外远程激光测距的现状及其研究进展,描述和分析了远程激光测距所涉及的关键技术及影响因素，目前几十千米远程测距用得最多的是脉冲激光器测距。精度只能达到厘米量级，距离应用所需的微米量级差距很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度在线测量的测距系统，通过粗精结合的方式能达到测程几十公里，精度微米级的绝对距离测量。在空间激光高精度测量领域中，能满足大尺寸天线观测卫星在轨展开和在轨拼接的迫切需求。

为了实现上述目的，本发明提供了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，包括1550nm双光梳飞秒激光器和1064nm脉冲激光器；

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，包括1550nm精测飞秒脉冲收发系统和1064nm粗测脉冲收发系统；