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专利号: 2022103631113
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于三色激光大气折射率补偿激光测距装置,其特征在于:包括激光器(1)、调制器(2)、第一分束片(3)、三色反射器(4)、第二分束片(5)、光电探测器(6)、滤波器(7)、信息处理系统(8)和距离计算系统(9);在测量目标处放置三色反射器(4),所述三色反射器(4)包括等距离ΔL设置的三个反射镜M1、反射镜M2和反射镜M3,且三个反射镜M1、反射镜M2和反射镜M3对不同波长的反射系数和透射系数不同;

所述激光器(1)采用三波长激光发射器,发出连续光源,经调制器(2)调制为随调制信号变化的光波,调制后的激光发射到位于目标处的三个反射镜M1、反射镜M2和反射镜M3处,经三个反射镜分别得到不同相位的激光光波后反射到第一分束片(3)上,再经过第二分束片(5)发射到光电探测器(6)处,最终被光电探测器(6)所接收;接收到的光波经过滤波器(7)滤除噪声信号,经信息处理系统(8)检测这一来回收发信号产生的相位差,通过相位差得到大气平均折射率,最后经距离计算系统(9)计算得到距离。

2.根据权利要求1所述的基于三色激光大气折射率补偿激光测距装置,其特征在于:所述调制器(2)调制信号的频率f根据测程R确定,根据测程R<λ/2,对激光进行调制,其中λ为调制后光波信号一个周期所传输的距离。

3.根据权利要求2所述的基于三色激光大气折射率补偿激光测距装置,其特征在于:增大反射镜M1、反射镜M2和反射镜M3的间距ΔL,能够增大测量折射率的精度。

4.根据权利要求1所述的基于三色激光大气折射率补偿激光测距装置,其特征在于:所述信息处理系统(8)包含相位法测距系统。

5.使用权利要求1、2、4任一项所述的基于三色激光大气折射率补偿激光测距装置的测距方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1:构建基于三色激光大气折射率补偿激光测距装置;

步骤2:打开三色激光器,发出连续光源,经调制器(2)调制为随调制信号幅值变化的光波,光波经调制器(2)射出后在系统和目标之间传输一个来回被光电探测器(6)所接收;

其中,调制器(2)射出的激光经反射镜M1、反射镜M2和反射镜M3反射后产生三个分别沿路径L1、路径L2和路径L3传播的光波信号,反射后的光波信号带有相位差;经过路径L1的波长产生的相位差记为 经过路径L2的波长产生的相位差记为 经过路径L3的波长产生的相位差记为步骤3:光电探测器(6)接收到带有噪声的光波信号,后经滤波器(7)进行滤波;

步骤4:信息处理系统(8)检测所述过程中收发信号产生的相位差,将三个相位差代入 得到相位差平均值 将 代入得到大气平均折射率 距离计算系统(9)将大气平均折射率代入

得到测量距离R。

6.根据权利要求5所述的基于三色激光大气折射率补偿激光测距装置的测距方法,其特征在于:相位差 的计算过程如下:为简化分析,设参考信号的初始相位为0,参考信号表示为:

Er(t)=Ikcos2πfmt,

测量信号表示为:

其中,Ik为信号强度,α为两信号幅值的比值,为光信号经过传播后产生的相位变化;

在进行鉴相时,参考信号被分为两路,其中一路经90°移相器得到两正交信号,即一对I/Q正交分量,分别为:其中f0=fm,同样的,测量信号也被分为两路,分别与I/Q混频,混频后的信号表示为:通过低通滤波器将高频分量去除,提取直流信号得:

低通滤波器的输出使用AD采样并进行计算,将两路信号的相位差计算出来,信号之间的相位差表示为: