测距装置和测距方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114966721A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210564320.4(22)申请日2022.05.23(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华大学(72)发明人谈宜东王一帆徐欣殷社萍(74)专利代理机构北京龙双利达知识产权代理有限公司11329专利代理师田玉珺毛威(51)Int.Cl.G01S17/08(2006.01)G01S7/495(2006.01)G01S7/48(2006.01)权利要求书5页说明书15页附图3页(54)发明名称测距装置和测距方法(57)摘要本申请提供一种测距装置和测距方法，所述测距装置包括：第一光源，用于向待测目标输出单频、单模且连续的测量光信号，并接收所述待测目标返回的第一光信号，所述第一光源为激光光源且其谐振腔的光子衰减速度与反转粒子衰减速度的比值大于102；频率扫描单元，用于按照特定的规律，对所述光源输出的所述测量光信号的频率进行扫描；信号处理单元，用于获取所述第一光源输出的第二光信号，并根据所述第二光信号确定所述待测目标与所述测距装置之间的距离，所述第二光信号包括所述第一光信号与所述谐振腔内的光信号之间发生干涉所产生的拍频信号。该测距装置具有更好的测量性能，对散射系数或等效反射系数较低的非合作目标也能够进行有效的测量。CN114966721ACN114966721A权利要求书1/5页1.一种测距装置，其特征在于，所述测距装置包括：第一光源，用于向待测目标输出单频、单模且连续的测量光信号，并接收所述待测目标返回的第一光信号，其中，所述第一光源为激光光源且所述激光光源的谐振腔的光子衰减速度与反转粒子衰减速度的比值大于102；频率扫描单元，用于按照特定的规律，对所述第一光源输出的所述测量光信号的频率进行扫描；以及，信号处理单元，用于获取所述第一光源输出的第二光信号，并根据所述第二光信号确定所述待测目标与所述测距装置之间的距离，其中，所述第二光信号包括所述第一光信号与所述谐振腔内的光信号之间发生干涉所产生的拍频信号。2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述谐振腔的光子衰减速度与反转粒子衰减速度的比值大于102。3.根据权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，所述频率扫描单元通过以下方式中的至少一种，对所述第一光源输出的所述测量光信号的频率进行扫描：调制所述谐振腔的长度、调制所述谐振腔的温度、调制所述光源中选模器件的工作波长、以及注入锁定。4.根据权利要求1至3中任一项所述的测距装置，其特征在于，所述测距装置还包括：第一补偿单元，用于接收所述第一光源输出的所述测量光信号，并基于所述测量光信号产生第一干涉信号；所述信号处理单元还用于，根据所述第一干涉信号，对所述第二光信号进行处理，以消除所述第二光信号中由所述频率扫描单元对所述测量光信号进行频率扫描的实际扫描速率与理论扫描速率之间的偏差所引入的误差。5.根据权利要求4所述的测距装置，其特征在于，所述第一补偿单元为干涉仪或者锁相环。6.根据权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述第一补偿单元为干涉仪，所述信号处理单元具体用于：根据所述第一干涉信号，对所述第二光信号进行重采样，得到处理后的所述第二光信号。7.根据权利要求1至6中任一项所述的测距装置，其特征在于，所述测距装置还包括：第二补偿单元，用于接收第二光源照射所述待测目标时由所述待测目标返回的第三光信号，并基于所述第三光信号产生第二干涉信号，其中，所述第二光源与所述第一光源为不同光源或者为同一光源的不同模式，所述第三光信号与所述第一光信号在所述测距装置与所述待测目标之间共光路传输；所述信号处理单元还用于，根据所述第二干涉信号，对所述第二光信号进行处理，以消除所述第二光信号中由所述测距装置与所述待测目标之间的光程变化所引起的误差。8.根据权利要求7所述的测距装置，其特征在于，所述信号处理单元具体用于：对所述第二干涉信号的相位取反，得到反相信号；将所述反相信号叠加至所述第二光信号的相位部分，得到处理后的所述第二光信号。9.根据权利要求7或8所述的测距装置，其特征在于，所述第二补偿单元为干涉仪或者测振仪。2CN114966721A权利要求书2/5页10.根据权利要求1至9中任一项所述的测距装置，其特征在于，所述拍频信号的调制对比度ΔI(fb)/I为：其中，Reff为所述待测目标的等效反射率，φ1为所述第二光信号的相位偏移量，G(fb)为能够使所述调制对比度增强的放大因子，fb为所述拍频信号的频率。11.根据权利要求10所述的测距装置，其特征在于，所述第一光源为四能级激光器，其中，G(fb)与γc/γ1正相关，γc为光子衰减速率，γ1为反转粒子衰减速率，fr为弛豫振荡频率，η为相对泵浦水平