CN102841355A - 基于微波光子学的飞秒测距激光雷达数据测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据测量方法和装置。该方法包括以下步骤：将飞秒测距激光雷达测量得到的距离信号转化为微波脉冲频率信号；将微波脉冲频率信号带通滤波后放大；将放大后的信号作为调制信号对载波进行相位调制；通过光学鉴频器检测载波第一边带信号的频率，得到所述微波脉冲频率信号的频率。该装置包括：带通滤波器、微波放大器、单频连续光激光器、光学相位调制器、鉴频器、探测器和光电探测器和示波器。本发明结合光学边缘鉴频技术，解决了现有的飞秒测距激光雷达实时数据的传统测量方法响应频率不够、数据存储要求高，以及实时闭环控制难以实现的问题。

Description

基于微波光子学的飞秒测距激光雷达数据测量装置及方法

技术领域

本发明属于飞秒光学检测、微波信号处理技术领域，尤其是一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量装置及方法。

背景技术

基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达的信号，是一个时域上的干涉条纹，属于微波脉冲。在现有方案中，通常是采用高速光电探测器采集时域干涉信号，然后使用实时采样磷光示波器对光电探测器输出的电信号进行采样和记录。但是，通常实时采样磷光示波器的响应频率低于高速光电探测器的响应频率，这会限制信号测量的动态范围；而且，为了保证探测的精度，实时采样磷光示波器的采样频率一般很高(GHz数量级)。对于长时间、实时探测任务，数据量极大，因此，这对于数据的高速存储是一个很大挑战。

最后，由于在实时监测高速振动目标时，飞秒激光脉冲的重复频率很高(MHz数量级)，而现有方案中是采用先记录数据，后继再处理的办法，这对于实时监测并闭环控制高速运动的物体(如磁悬浮陀螺)就已经失去了意义。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量装置及方法。

根据本发明的一方面，提出一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，将基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达测量得到的距离信号转化为时域干涉条纹的频率信号，即微波脉冲频率信号；

步骤2，将所述微波脉冲频率信号经过带通滤波器滤波后使用微波放大器放大；

步骤3，将放大后的微波脉冲频率信号作为调制信号，对载波进行相位调制，其中，所述微波脉冲频率信号的频率对应于所述载波第一边带信号的中心频率；

步骤4，通过光学鉴频器，使用边缘方法检测所述载波第一边带信号的频率，即可得到所述微波脉冲频率信号的频率。

其中，所述带通滤波器的带通范围为1-40GHz。

其中，所述载波采用单频连续光激光器产生。

所述步骤4进一步为：通过检测所述载波第一边带信号在鉴频器上透过率的变化，来反演所述载波第一边带信号的频率变化。

其中，所述光学鉴频器为串联式光纤干涉仪。

所述步骤4进一步包括以下步骤：

步骤41，测量得到所述串联式光纤干涉仪输出的两路信号信号强度的比值R₁₂(ω_m)；

步骤42，根据所述信号强度的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系求得所述微波脉冲频率信号的频率ω_m。

所述信号强度的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系为：

$R_{12}\left({\mathrm{\ω}}_m\right)=\frac{2K^2{\tilde{T}}_1}{1+2K^2{\tilde{T}}_2({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)},$

其中，k₁为一阶Bessel函数在零点附近的斜率，

为调制系数，

分别为所述串联式光纤干涉仪输出的两路信号的透过率函数，

为载波的相位角。

所述透过率函数

分别为：

${\tilde{T}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)=T_1\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right),$ ${\tilde{T}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)=T_2\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right),$

其中，T₁(ω)、T₂(ω)分别为所述串联式光纤干涉仪两路输出的强度传递函数；I²(ω)为输入到所述串联式光纤干涉仪的信号的光谱强度分布。

根据本发明的另一方面，还提出一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量装置，其特征在于，该测量装置包括：带通滤波器1、微波放大器2、单频连续光激光器3、光学相位调制器4、鉴频器、探测器9和光电探测器10，其中：

所述带通滤波器1用于对转换得到的飞秒测距激光雷达的时域微波脉冲频率信号进行滤波；

所述微波放大器2用于对经过滤波后的信号进行放大；

所述单频连续光激光器3用于产生载波信号；

所述光学相位调制器4用于以经所述微波放大器2放大后的信号作为调制信号对所述载波信号进行相位调制；

所述鉴频器用于检测经所述相位调制得到的载波信号的频移；

所述探测器9和光电探测器10用于接收所述鉴频器输出的两路信号，并测量这两路信号的信号强度值。

其中，所述鉴频器为串联式光纤干涉仪。

其中，所述串联式光纤干涉仪依次包括偏振控制器5、保偏光纤6、偏振控制器7以及光纤偏振分束器PBS8。

所述测量装置还包括示波器11，用于接收、显示和处理所述探测器9和光电探测器10接收到的信号。

根据所述两路信号的信号强度值的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系求得所述微波脉冲频率信号的频率ω_m。所述信号强度值的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系为：

$R_{12}\left({\mathrm{\ω}}_m\right)=\frac{2K^2{\tilde{T}}_1({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}{1+2K^2{\tilde{T}}_2({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)},$

其中，

k₁为一阶Bessel函数在零点附近的斜率，为调制系数，

分别为所述鉴频器输出的两路信号的透过率函数，

为载波的相位角。所述透过率函数

分别为：

${\tilde{T}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)=T_1\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right),$ ${\tilde{T}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)=T_2\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right),$

其中，T₁(ω)、T₂(ω)分别为所述鉴频器两路输出的强度传递函数；I²(ω)为输入到所述鉴频器的信号的光谱强度分布。

本发明结合光学边缘鉴频技术，解决了现有的飞秒测距激光雷达实时数据的传统测量方法响应频率不够、数据存储要求高，以及实时闭环控制难以实现的问题。

附图说明

图1是本发明采用的贝塞尔函数的示意图。

图2是本发明提出的基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量方法流程图。

图3是本发明提出的基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量装置结构图。

图4是本发明使用边缘法测量边频带中心频率的原理图。

图5是本发明基于实时色散傅立叶变换和微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据测量***结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

飞秒测距激光雷达是通过向目标方向发射飞秒激光脉冲，将目标距离上的回波信号与所发射的飞秒激光脉冲进行干涉，再将产生的光干涉信号由光电探测器接收并转化为微波脉冲频率信号，而此微波脉冲频率信号的频率信息即为被测的距离信息。

本发明中使用的微波光子学处理技术的基本原理是使用飞秒测距激光雷达输出的微波脉冲频率信号调制单频连续激光的相位，而载波(即被调制的单频连续激光)中第一边带信号的中心频率就对应着微波脉冲的频率，这个频率可以通过光学鉴频的手段得到。其中，单频连续光是激光技术中的基本术语，指的是频率单一稳定的连续激光。

图2是本发明提出的基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量方法流程图，本发明所提出的基于微波光子学处理的飞秒测距激光雷达实时数据测量方法采用了微波光子学信号处理方法和边缘方法，实现了飞秒测距激光雷达实时数据的测量，如图2所示，该方法包括以下几个步骤：

步骤1，将基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达测量得到的距离信号转化为时域干涉条纹的频率信号，即微波脉冲频率信号；

在基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达中，测量得到的距离信息反映为时域干涉条纹的频率信息的形式，之后再经光电探测器转化为微波脉冲频率信息，即对于不同的测量距离，飞秒测距激光雷达会输出不同频率的微波脉冲信号。

步骤2，将所述微波脉冲频率信号经过带通滤波器滤波后使用微波放大器放大；

在本发明的一个实施例中，所述带通滤波器的带通范围为1-40GHz。

步骤3，将放大后的微波脉冲频率信号作为调制信号，对载波进行相位调制，其中，所述微波脉冲频率信号的频率对应于所述载波第一边带信号的中心频率；

具体地，将所述放大后的微波脉冲频率信号作为调制信号输入光学相位调制器，而所述载波经过该光学相位调制器后就受到了微波脉冲频率信号的相位调制。

所述载波采用单频连续光激光器产生，用于接收微波脉冲频率信号的调制后携带微波脉冲频率信息，在本发明的一个实施例中，所述单频连续光激光器为线宽小于10KHz的1550nm单频连续光激光器。

下面介绍一下激光调制的基本知识：

激光调制按其调制的性质可以分为调幅、调频、调相等。下面以调相为例进行介绍。

通常，激光光波的电场强度可表示为：

其中，A_c为振幅，ω_c为角频率，

为相位角。本发明中，设载波的电场强度如(1)式所示。

如果调制信号是一个时间的余弦函数，即

a(t)＝A_m cosω_mt                                        (2)

式中，A_m是调制信号的振幅，ω_m是调制信号的角频率。那么，相位调制就可以使(1)式中的相位角随着调制信号的变化规律而改变，相位调制得到的调相波的总相角为：

其中，

为比例系数(数学处理中引入的一个概念)。而所述调相波就可以表示为：

式中，

称为调相系数。

下面再简要分析一下调相波的频谱。由于调相实质上最终是调制总相角，因此其可写成：

其中，m为调制系数。利用三角公式展开上式，得到：

将上式中的cos(m sin w_mt)和sin(m sin w_mt)两项按下式展开：

$\cos \left(m\sin {\mathrm{\ω}}_{m}t\right)=J_0\left(m\right)+2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{J}_{2n}\left(m\right)\cos \left({2\mathrm{n\ω}}_{m}t\right)---\left(7\right)$

$\sin \left(m\sin {\mathrm{\ω}}_{m}t\right)=2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{J}_{2n-1}\left(m\right)\sin \left[(2n-1){\mathrm{\ω}}_{m}t\right]---\left(8\right)$

从上两式中可以看出，已知调制系数m，就可从贝塞尔函数表中查得各阶贝塞尔函数的值。

将上两式代入(6)式并展开，可得到：

由此可见，在单频正弦波调制时，其角度调制波的频谱是由光载频与在它两边对称分布的无穷多对边频所组成的。各边频之间的频率间隔是ω_m，各边频幅度的大小J_n(m)由贝塞尔函数决定。当角度调制系数较小(即m＜＜1)时，由图1所示的Bessel函数可知，n≥2的高阶贝塞尔函数对应的边频可以忽略。

步骤4，通过光学鉴频器，使用边缘方法检测所述载波第一边带信号的频率，即可得到所述微波脉冲频率信号的频率。

所述步骤4进一步为：通过检测所述载波第一边带信号在鉴频器上透过率的变化，来反演所述载波第一边带信号的频率变化。在光学上，可以直接使用串联式光纤干涉仪作为鉴频器来检测所述载波第一边带信号的频移。

所述步骤4进一步包括以下步骤：

步骤41，测量得到所述串联式光纤干涉仪输出的两路信号信号强度的比值R₁₂(ω_m)；

步骤42，根据所述信号强度的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系求得所述微波脉冲频率信号的频率ω_m。

图3是本发明提出的基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量装置结构图，本发明采用如图3所示的测量装置对微波脉冲频率进行直接测量，该测量装置包括：带通滤波器1、微波放大器2、单频连续光激光器3、光学相位调制器4、鉴频器、探测器9、光电探测器10和示波器11，其中：

所述带通滤波器1用于对转换得到的飞秒测距激光雷达的时域微波脉冲频率信号进行滤波；

所述微波放大器2用于对经过滤波后的信号进行放大；

所述单频连续光激光器3用于产生载波信号；

所述光学相位调制器4用于以经所述微波放大器2放大后的信号作为调制信号对所述载波信号进行相位调制；

所述鉴频器用于检测经所述相位调制得到的载波信号的频移；

本发明中，在光学上直接使用串联式光纤干涉仪作为鉴频器来检测载波第一边带信号的频移，所述串联式光纤干涉仪依次包括偏振控制器5、保偏光纤6、偏振控制器7以及光纤偏振分束器(PBS)8。

所述探测器9和光电探测器10用于接收所述鉴频器输出的两路信号，并测量这两路信号的信号强度值；

所述示波器11用于接收、显示和处理所述探测器9和光电探测器10接收到的信号。

为了讨论简单起见，假设不考虑偏振模色散并且使用非平衡色散补偿了三阶色散的影响，则所述微波脉冲频率信号(时域干涉条纹)可写为：

i₁(t)cos[τt/β₂L]                                    (10)

其中，i₁(t)为微波脉冲频率信号的外包络，τ为飞秒测距激光雷达中的信号时差，β₂为模传输常数的二级泰勒级数，L为飞秒测距激光雷达中的色散补偿光纤的长度。

根据式(3)和式(4)，当相位调制信号为式(10)时，调相系数不再是一个常数，其可表达为：

在小信号调制的前提下(m(t)＜＜1)，将公式(11)代入公式(9)可得：

(12)

在小信号调制的前提下，由图1所示的Bessel函数性质可知：J₀可近似为常数1，而J₁为线性函数，即

其中，k₁为一阶Bessel函数在零点附近的斜率，

为相位调制系数，

将公式(13)代入公式(12)可得，

假设使用偏振色散器件实现实时色散傅立叶变换，即没有偏振模色散导致的微波脉冲包络的形变。如果出射飞秒激光脉冲为高斯脉冲，则i₁(t)仍然为高斯分布，记i₁(t)的傅立叶变换为I(ω)，则公式(14)的傅立叶变换为：

E(ω)＝A_cδ(ω_c)+A_cK{I[ω-(ω_c+ω_m)]+(-1)I[ω-(ω_c-ω_m)]}  (15)

其中，(-1)表示两个边频带的相位相反。由式(15)可知：调相波的频谱由三个频率成分组成。其中，第一项是载频分量；第二、三项是因调制而产生的两个边频带。

那么，相位调制器输出光谱强度函数为：

I(ω)＝A_c ²δ(ω_c)+A_c ²K²{I²[ω-(ω_c+ω_m)]+I²[ω-(ω_c-ω_m)]}    (16)

图4是本发明使用边缘法测量边频带中心频率的原理图，如图4所示，如果将载波频率设置在强度传递函数T₁(ω)的最低点(即T₂(ω)的最高点)，则两个边频带信号在透过率函数上呈对称分布。

记鉴频器串联式光纤干涉仪从其光纤偏振分束器(PBS)两端口输出的强度传递函数分别为T₁(ω)和T₂(ω)，那么具有光谱强度分布为I²(ω)的信号在通过所述串联式光纤干涉仪后，两端口输出的透过率函数分别由卷积定义为：

${\tilde{T}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)=T_1\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right)---\left(17\right)$

${\tilde{T}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)=T_2\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right)---\left(18\right)$

则，考虑光谱的对称性，PBS的两个输出端的信号强度分别为

$I_1={A_c}^2{K}^2[{\tilde{T}}_1({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)+{\tilde{T}}_1({\mathrm{\ω}}_c-{\mathrm{\ω}}_m)]={{2A}_c}^2{K}^2{\tilde{T}}_1({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)---\left(19\right)$

$I_2={A_c}^2+{A_c}^2{K}^2[{\tilde{T}}_2({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)+{\tilde{T}}_2({\mathrm{\ω}}_c-{\mathrm{\ω}}_m)]={A_c}^2+{{2A}_c}^2{K}^2{\tilde{T}}_2({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)---\left(20\right)$

由(19)和(20)相除得到：

$R_{12}\left({\mathrm{\ω}}_m\right)=\frac{I_1}{I_2}=\frac{2K^2{\tilde{T}}_1({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}{1+2K^2{\tilde{T}}_2({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}---\left(21\right)$

其中，K为公式(13)中引入的常数。由公式(21)可知：R₁₂(ω_m)是ω_m的单调函数(这里ω_m＝τ/β₂L)。实验中通过测量得到两路信号强度的比值R₁₂(ω_m)，根据公式(21)示出的所述两路信号的信号强度值的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系，就可以求解得到ω_m，而ω_m即为本发明所要求的微波脉冲频率。

图5是本发明基于实时色散傅立叶变换和微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据测量***结构图，如图5所示，本发明的飞秒测距激光雷达的内部结构及工作流程为：

首先，飞秒测距激光雷达的光源12发射激光脉冲，出射激光脉冲进入Mach-Zehnder干涉仪后，一路经过光纤循环器16后由光纤准直镜13出射，对探测目标进行探测，所述探测目标是由任意波形发生器15驱动的一个扬声器14；另一路作为参考光经过光延时器18，所述光延时器18用来调节探测脉冲和参考脉冲之间的延时；在Mach-Zehnder干涉仪的出射端，使用光纤起偏器20使参考光和探测脉冲光发生干涉。然后，Mach-Zehnder干涉仪的两臂分别使用偏振控制器17、19来调节干涉条纹的能见度。

然后，使用两卷色散补偿光纤21、23将所述光纤起偏器20输出的干涉信号在时域上充分展开。为了保证信号的信噪比，使用掺饵光纤放大器EDFA1 22和EDFA2 24分别中继色散补偿光纤21、23的放大信号。最后，飞秒测距激光雷达输出的频域干涉条纹由光谱仪25接收。

以上属于时域微波脉冲频率信号的产生流程，接下来是本发明对于所述时域微波脉冲频率信号进行实时测量的流程。

飞秒测距激光雷达输出的时域微波脉冲频率信号，经过光电探测器26接收后，进入带通滤波器1进行滤波，然后使用微波放大器2对其进行放大，放大后的信号作为调制信号输入光学相位调制器4，单频连续光激光器3输出的信号作为载波也输入光学相位调制器4进行相位调制，然后使用串联式光纤干涉仪作为鉴频器检测载波第一边带信号的频移，所述串联式光纤干涉仪由偏振控制器5、保偏光纤6、偏振控制器7以及光纤偏振分束器8组成，经过所述鉴频器的信号分别进入光电探测器9、10进行测量，测量得到的信号输入示波器11进行显示。

根据所述光电探测器9、10测量得到的所述鉴频器中的PBS的两个输出端的信号强度值以及式(13)、(16)、(17)、(18)、(21)即可求得探测器26输出的微波脉冲频率信号的频率，即可重现飞秒测距激光雷达发射的信号。

本发明在基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达中，距离信息被转化为时域干涉条纹的频率信息(微波脉冲频率)。通过对单频连续光的调制和边缘鉴频技术，微波光子学处理方法有效的将高频微波脉冲信号的频率测量转化为光学上的频率检测。

这种方法具有很宽的“时间-带宽”积；强的抗电磁干扰能力以及超高速的采样频率(100GHz数量级，高于一般光电探测器的响应频率)，真正实现了飞秒激光雷达中的实时数据反演。而且，在这种方法下，被处理的微波信号损耗率很低(且与微波信号的频率无关)。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，将基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达测量得到的距离信号转化为时域干涉条纹的频率信号，即微波脉冲频率信号；

步骤2，将所述微波脉冲频率信号经过带通滤波器滤波后使用微波放大器放大；

步骤3，将放大后的微波脉冲频率信号作为调制信号，对载波进行相位调制，其中，所述微波脉冲频率信号的频率对应于所述载波第一边带信号的中心频率；

步骤4，通过光学鉴频器，使用边缘方法检测所述载波第一边带信号的频率，即可得到所述微波脉冲频率信号的频率。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述带通滤波器的带通范围为1-40GHz。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述载波采用单频连续光激光器产生。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤4进一步为：通过检测所述载波第一边带信号在鉴频器上透过率的变化，来反演所述载波第一边带信号的频率变化。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述光学鉴频器为串联式光纤干涉仪。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括以下步骤：

步骤41，测量得到所述串联式光纤干涉仪输出的两路信号信号强度的比值R₁₂(ω_m)；

步骤42，根据所述信号强度的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系求得所述微波脉冲频率信号的频率ω_m。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述信号强度的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系为：

$R_{12}\left({\mathrm{\ω}}_m\right)=\frac{2K^2{\tilde{T}}_1({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}{1+2K^2{\tilde{T}}_2({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)},$

其中，

k₁为一阶Bessel函数在零点附近的斜率，

为调制系数，

分别为所述串联式光纤干涉仪输出的两路信号的透过率函数，

为载波的相位角。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述透过率函数

分别为：

${\tilde{T}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)=T_1\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right),$ ${\tilde{T}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)=T_2\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right),$

其中，T₁(ω)、T₂(ω)分别为所述串联式光纤干涉仪两路输出的强度传递函数；I²(ω)为输入到所述串联式光纤干涉仪的信号的光谱强度分布。

9.一种基于微波光子学的飞秒测距激光雷达实时数据的测量装置，其特征在于，该测量装置包括：带通滤波器(1)、微波放大器(2)、单频连续光激光器(3)、光学相位调制器(4)、鉴频器、探测器(9)和光电探测器(10)，其中：

所述带通滤波器(1)用于对转换得到的飞秒测距激光雷达的时域微波脉冲频率信号进行滤波；

所述微波放大器(2)用于对经过滤波后的信号进行放大；

所述单频连续光激光器(3)用于产生载波信号；

所述光学相位调制器(4)用于以经所述微波放大器(2)放大后的信号作为调制信号对所述载波信号进行相位调制；

所述鉴频器用于检测经所述相位调制得到的载波信号的频移；

所述探测器(9)和光电探测器(10)用于接收所述鉴频器输出的两路信号，并测量这两路信号的信号强度值。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述鉴频器为串联式光纤干涉仪。

11.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述串联式光纤干涉仪依次包括偏振控制器(5)、保偏光纤(6)、偏振控制器(7)以及光纤偏振分束器PBS(8)。

12.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括示波器(11)，用于接收、显示和处理所述探测器(9)和光电探测器(10)接收到的信号。

13.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，根据所述两路信号的信号强度值的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系求得所述微波脉冲频率信号的频率ω_m。

14.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于，所述信号强度值的比值与所述微波脉冲频率信号的频率ω_m之间的关系为：

$R_{12}\left({\mathrm{\ω}}_m\right)=\frac{2K^2{\tilde{T}}_1({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)}{1+2K^2{\tilde{T}}_2({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_m)},$

其中，

k₁为一阶Bessel函数在零点附近的斜率，为调制系数，

分别为所述鉴频器输出的两路信号的透过率函数，

为载波的相位角。

15.根据权利要求14所述的测量方法，其特征在于，所述透过率函数

分别为：

${\tilde{T}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)=T_1\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right),$ ${\tilde{T}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)=T_2\left(\mathrm{\ω}\right)*I^2\left(\mathrm{\ω}\right),$

其中，T₁(ω)、T₂(ω)分别为所述鉴频器两路输出的强度传递函数；I²(ω)为输入到所述鉴频器的信号的光谱强度分布。

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