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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：本发明属于高精度激光测距技术领域，公开了一种基于光梳齿间自干涉信号二次混频的测距装置和方法，双光梳光源发出的双光梳激光进入光梳齿间自干涉信号探测光路，从而获取到调制了待测距离信息的光梳齿间自干涉信号；光梳齿间自干涉信号经过光梳齿间自干涉信号探测光路进入到光梳齿间自干涉二次混频信号生成、采集与计算模块，并生成光梳齿间自干涉二次混频信号，实现信号采集并计算得到测距结果；本发明实现了不同尺度下的粗、精测量，结合同步生成的中间过渡级测尺和级间过渡方法，可有效兼顾测距范围和精度，测量实时性强，光源成本低且系统规模较小。

主权项：1.一种基于光梳齿间自干涉信号二次混频的测距方法，其特征在于，包括：步骤一：启动双光梳光源1，通过设置双光梳的重频fr1和fr2以保证待测距离L不超过不模糊范围LNAR的二分之一，同时保证在参考端粗测信号生成混频器16和测量端粗测信号生成混频器20处分别产生的二次混频粗测信号，频率低于数据采集卡21采集频率的二分之一；启动本地振荡器18，发射频率为fLO的本振信号，通过设置频率fLO以保证在参考端精测信号生成混频器17和测量端精测信号生成混频器19处分别产生的精测混频信号，频率低于数据采集卡21采集频率的二分之一；步骤二：将目标反射镜10放置在零点位置；使用数据采集卡21和上位机22对于分别来自于参考端精测信号生成混频器17和测量端精测信号生成混频器19所产生的精测混频信号进行采集和计算，得到测量端相对于参考端的精测相位差φfine0；使用数据采集卡21和上位机22对于分别来自于参考端粗测信号生成混频器16和测量端粗测信号生成混频器20所产生的二次混频粗测信号进行采集和计算，得到测量端相对于参考端的粗测相位差φcoarse0；步骤三：将目标反射镜10的位置移动到被测距离L处；使用数据采集卡21和上位机22对于分别来自于参考端精测信号生成混频器17和测量端精测信号生成混频器19所产生的精测混频信号进行采集和计算，得到测量端相对于参考端的精测相位差φfine；使用数据采集卡21和上位机22对于分别来自于参考端粗测信号生成混频器16和测量端粗测信号生成混频器20所产生的二次混频粗测信号进行采集和计算，得到测量端相对于参考端的粗测相位差φcoarse；步骤四：计算距离精测值Lfine和距离粗测值Lcoarse，计算公式分别为： 步骤五：计算待测距离L，计算公式为： 其中floor[]表示向下取整，待测距离L的计算公式成立的前提条件是满足级间过渡条件；步骤六：使用级间过渡条件判断步骤五中待测距离L的计算公式是否成立，级间过渡条件公式为： 其中ULcoarse为粗测不确定度，λfine为精测测尺波长；如果当前设置的fr1和fr2无法保证二次混频粗测信号与光梳I第N阶齿间自干涉精测信号满足级间过渡条件，则选择合适的P和Q，将频率为|Pfr1-Qfr2|的光梳齿间自干涉二次混频信号作为中间过渡测尺，使其首先满足如下公式中粗测测尺和中间过渡测尺的级间过渡条件： 其中，λmiddle为频率为|Pfr1-Qfr2|的光梳齿间自干涉二次混频信号的波长；再进行步骤二至步骤五，分别测量频率为|Pfr1-Qfr2|的光梳齿间自干涉二次混频信号在零点位置和待测距离处测量端相对参考端的相位差φmiddle0和φmiddle，利用以下公式计算中间过渡测尺的测距结果： 再使中间过渡测尺满足和精测测尺的级间过渡条件： 重复以上步骤，通过选择合适的P和Q，将频率为|Pfr1-Qfr2|的光梳齿间自干涉二次混频信号作为中间过渡测尺，使其满足上述两个级间过渡条件，即可实现三个测尺之间的精度传递；步骤七：在引入中间过渡测尺满足两个级间过渡条件后，首先利用频率为f2nd、|Pfr1-Qfr2|的光梳齿间自干涉二次混频信号作为一对粗测、过渡测尺，分别计算出对应的粗测距离Lcoarse0、过渡距离Lmiddle，并将其带入步骤五的公式中计算出过渡距离，记为Lcoarse-new： 其次，如步骤四中所述，使用频率为Nfr1的光梳齿间自干涉信号作为精测测尺，计算出精测距离Lfine；最后，再将过渡距离Lcoarse和精测距离Lfine代入步骤五的公式中求出最终的待测距离L： 其中，N为光梳I的齿间自干涉信号中第N阶重频分量的阶数，M为光梳II的齿间自干涉信号中第M阶重频分量的阶数，c为真空光速，n为光梳齿间自干涉二次混频信号的等效折射率，n1为光梳I的群折射率，n2为光梳II的群折射率，f2nd为光梳齿间自干涉二次混频信号的频差。

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