[发明专利]基于激光载波调制的相位测距装置及方法

权利要求书

1.一种基于激光载波调制的相位测距装置，其特征在于，包括激光光源(1)、光纤分束器(2)、电光调制器(3)、环形器(4)、收发望远镜(5)、主振信号源(6)、2×490°光学桥接器(7)、第一平衡探测器(8)、第二平衡探测器(9)、模数转换器(10)、和数字信号处理单元(11)；

所述的激光光源(1)的输出端与所述的光纤分束器(2)的输入端相连，所述光纤分束器(2)的第一输出端和电光调制器(3)的第一输入端相连，所述光纤分束器(2)的第二输出端和2×490°光学桥接器(7)的第一输入端相连，所述的电光调制器(3)的输出端和环形器(4)的第一端口相连，该环形器(4)的第二端口和收发望远镜(5)相连，该环形器(4)的第三端口和2×490°光学桥接器(7)的第二输入端相连；

所述的主振信号源(6)的第一输出端与电光调制器(3)的第二输入端相连，该主振信号源(6)的第二输出端与模数转换器(10)的第一输入端相连，所述的2×490°光学桥接器(7)的第一输出端和第二输出端连接到第一平衡探测器(8)的输入端，该2×4 90°光学桥接器(7)的第三输出端和第四输出端连接到第二平衡探测器(9)的输入端，所述的第一平衡探测器(8)的输出端和模数转换器(10)的第二输入端相连，所述的第二平衡探测器(9)的输出端和模数转换器(10)的第三输入端相连，该模数转换器(10)的输出端和数字信号处理单元(11)输入端相连；

所述的激光光源(1)产生的激光经过分束器(2)分成两束，一路进入到所述的电光调制器(3)，并利用所述的主振信号源(6)产生的射频信号进行相位调制，被调制的激光经过相位调制后，经过所述的环形器(4)，再通过所述收发望远镜(5)发射到目标面后被反射，所述收发望远镜(5)收到目标的回波并耦合到光纤中，通过所述环形器(4)输入到所述的2×490°光学桥接器(7)中，并输出四路相差90°的信号，其中，相位为0°和180°的信号输入到第一平衡探测器(8)中，并输出I路信号，相位为90°和270°的信号输入到第二平衡探测器(9)中并输出Q路信号，所述的I路信号和Q路信号经所述的模数转换器(10)输入到所述的数字信号处理单元(11)中处理得到目标速度和距离。

2.根据权利要求1所述的基于激光载波调制的相位测距装置，其特征在于所述的激光光源(1)波长为1550nm的激光器。

3.根据权利要求1所述的基于激光载波调制的相位测距装置，其特征在于所述的该主振信号源(6)输出的信号为正弦信号。

4.利用权利要求1所述的基于激光载波调制的相位测距装置，利用数字信号处理单元实现相位测距的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、将数模转换器采集到的信号输入到所述的数字信号处理单元(11)中进行处理；截取长度为N₀的信号计算速度和距离，首先将I、Q两路信号复数化，得到复数信号I(n,k)＝i_I[(nN₀+k)/F_s]+ji_Q[(nN₀+k)/F_s]，其中F_s为采样率，N₀F_s为一个计算周期，该周期的长度为射频信号周期的整数倍；然后计算该复数信号的相位，然后利用解缠绕算法得到相位变化信号为本振光和信号光的差频信号的相位变化，该相位变化由目标运动和相位调制引起，其中目标运动引起的相位变化为其中，ν_m(n)为目标运动速度，相位调制器的调制引起的相位变化为其中f_o为光频，ω_RF为RF信号角频率，为信号的初始相位；

步骤二、对计算得到长度为N₀的求和得到目标的速度ν_m(n)；

步骤三、将减去由于目标运动引起的相位变化，得到比较和采得的主振信号源信号的相位差得到目标的距离r_m(n)。