CN116482702A - 一种测量***及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测量***及其测量方法，涉及光电子测量技术领域，用以避免因激光器的线宽影响测量精度的问题，从而提高了测量精度。该测量***包括：锁模激光器单元、传输发射单元和探测处理单元；锁模激光器单元被配置为：产生第一激光并向传输发射单元传输第二激光；传输发射单元被配置为：接收并向待测运动目标发射第二激光，在传输第二激光时产生参考光，接收待测运动目标接收第二激光后产生的信号光，将参考光和信号光合波后传输至探测处理单元；探测处理单元被配置为：接收并对参考光和信号光进行处理，得到至少一个多普勒频移差。
Description
技术领域
本发明涉及光电子测量技术领域，尤其涉及一种测量***及其测量方法。
背景技术
多普勒激光雷达是测量目标物体运动速度的有力工具，其具有非接触式测量、高精度、抗干扰能力强的特点，在国防、气象、航空和环境监测等领域应用广泛。
传统多普勒激光雷达的发射源普遍采用单波长激光器，其检测原理为激光器发出的光照射到运动的被检测物体表面后会发生多普勒频移，通过相干检测的方式测量出多普勒频移量，从而获得物体的运动信息。
但是单波长多普勒激光雷达对激光器的线宽提出了严苛要求，激光器的线宽要小于多普勒频移量才能精确测量运动物体的速度；而激光器线宽的进一步提升非常困难，这对于测量精度的进一步提高是个巨大挑战。
发明内容
本发明提供一种测量***及其测量方法，用以避免因激光器的线宽影响测量精度的问题，从而提高了测量精度。
本发明提供一种测量***，至少应用于检测待测运动目标的速度，所述测量***包括：锁模激光器单元、传输发射单元和探测处理单元；所述传输发射单元分别与所述锁模激光器单元和所述探测处理单元相连；
其中，所述锁模激光器单元被配置为：产生第一激光并向所述传输发射单元传输第二激光；所述第一激光包括预设数量为N的模式锁定的激光，2≤N≤H，N和H均为正数，H为所述锁模激光器单元能够产生的模式锁定的激光的最大数量；所述第二激光包括所述第一激光放大M倍后的激光，M为大于或者等于0的非负数；
所述传输发射单元被配置为：接收并向所述待测运动目标发射所述第二激光，在传输所述第二激光时产生参考光，接收所述待测运动目标接收所述第二激光后产生的信号光，将所述参考光和所述信号光合波后传输至所述探测处理单元；
所述探测处理单元被配置为：接收并对所述参考光和所述信号光进行处理，得到至少一个多普勒频移差，所述多普勒频移差为任意两个模式锁定的激光对应的多普勒频移量的差值。
根据本发明提供的一种测量***，所述锁模激光器单元包括：反射镜区、增益区和饱和吸收区；
在2＜N＜H的情况下，所述饱和吸收区被配置为：产生N1个模式锁定的初始激光，N1为正数且满足2＜N＜N1≤H；
所述反射镜区被配置为：接收并根据驱动信号产生不同谱宽的反射谱，对所述N1个模式锁定的初始激光进行选取得到所述第一激光；
所述增益区被配置为：提供激射能量。
根据本发明提供的一种测量***，所述反射镜区包括：分布式布拉格反射镜。
根据本发明提供的一种测量***，所述反射镜区、所述增益区和所述饱和吸收区集成在一起。
根据本发明提供的一种测量***，所述测量***还被应用于检测所述待测运动目标与所述测量***之间的距离；所述测量***还包括信号发生器；所述信号发生器与所述增益区电连接；
所述信号发生器被配置为：向所述增益区提供调制信号；
所述增益区还被配置为：接收并根据所述调制信号，对所述饱和吸收区产生的初始激光进行脉冲幅度调制；
所述反射镜区还被配置为：对经过脉冲幅度调制后的初始激光进行选取得到所述第一激光；
所述探测处理单元还被配置为：检测所述信号光和所述参考光的脉冲延时信息。
根据本发明提供的一种测量***，所述测量***还包括射频信号源和电压源；所述射频信号源和所述电压源分别与所述饱和吸收区电连接；
所述射频信号源被配置为：向所述饱和吸收区提供射频信号；
所述电压源被配置为：向所述饱和吸收区提供反向偏压。
根据本发明提供的一种测量***，在M＞0的情况下，所述锁模激光器单元还包括：放大器；
其中，所述第一激光经所述放大器放大M倍后传输至所述传输发射单元。
根据本发明提供的一种测量***，所述传输发射单元包括：环形器、连接器和天线；
其中，所述第二激光依次经过所述环形器、所述连接器和所述天线，发射至所述待测运动目标；
所述待测运动目标接收所述第二激光后产生的信号光，依次经过所述天线、所述连接器和所述环形器，传输至所述探测处理单元；
所述连接器被配置为：在向所述天线传输所述第二激光时产生参考光；所述参考光经过所述环形器传输至所述探测处理单元。
根据本发明提供的一种测量***，所述探测处理单元包括光电探测模块和数据处理模块；所述光电探测模块和所述数据处理模块电连接；
所述光电探测模块被配置为：接收并将所述参考光和所述信号光转换成电信号；
所述数据处理模块被配置为：接收并处理所述电信号，得到至少一个所述多普勒频移差。
本发明还提供一种上述任意一种测量***的测量方法，所述测量方法至少应用于检测待测运动目标的速度；
所述测量方法包括：
锁模激光器单元产生第一激光并向传输发射单元传输第二激光；所述第一激光包括预设数量为N的模式锁定的激光，2≤N≤H，N和H均为正数，H为所述锁模激光器单元能够产生的模式锁定的激光的最大数量；所述第二激光包括所述第一激光放大M倍后的激光，M为大于或者等于0的非负数；
传输发射单元接收并向所述待测运动目标发射所述第二激光，在传输所述第二激光时产生参考光，将所述参考光传输至探测处理单元，接收并向所述探测处理单元传输所述待测运动目标接收所述第二激光后产生的信号光；
探测处理单元接收并对所述参考光和所述信号光进行处理，得到至少一个多普勒频移差，所述多普勒频移差为任意两个模式锁定的激光对应的多普勒频移量的差值。
本发明提供的一种测量***及其测量方法，该测量***至少应用于检测待测运动目标的速度，测量***包括：锁模激光器单元、传输发射单元和探测处理单元；传输发射单元分别与锁模激光器单元和探测处理单元相连；其中，锁模激光器单元被配置为：产生第一激光并向传输发射单元传输第二激光；第一激光包括预设数量为N的模式锁定的激光，2≤N≤H，N和H均为正数，H为锁模激光器单元能够产生的模式锁定的激光的最大数量；第二激光包括第一激光放大M倍后的激光，M为大于或者等于0的非负数；传输发射单元被配置为：接收并向待测运动目标发射第二激光，在传输第二激光时产生参考光，接收待测运动目标接收第二激光后产生的信号光，将参考光和信号光合波后传输至探测处理单元；探测处理单元被配置为：接收并对参考光和信号光进行处理，得到至少一个多普勒频移差，多普勒频移差为任意两个模式锁定的激光对应的多普勒频移量的差值。该测量***可以避免现有技术中对于激光器线宽的要求，而将对激光器线宽的要求转移到对双模拍频微波信号线宽的要求，使得多普勒测速雷达不再通过窄线宽激光器来提高测量精度，从而能够进一步提高测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的测量***的结构示意图之一；
图2是本发明提供的锁模激光器的结构示意图；
图3是本发明提供的测量***的结构示意图之二；
图4是本发明提供的测量***的测量方法的流程示意图。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的实施例中，采用“第一”、“第二”、“第三”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，仅为了清楚描述本发明实施例的技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
在本发明的实施例中，“多个”的含义是两个或两个以上，“至少一个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明的实施例提供了一种测量***，至少应用于检测待测运动目标的速度，参考图1所示，该测量***包括：锁模激光器单元1、传输发射单元2和探测处理单元3。传输发射单元2分别与锁模激光器单元1和探测处理单元3相连。
其中，参考图1所示，锁模激光器单元1被配置为：产生第一激光并向传输发射单元2传输第二激光；第一激光包括预设数量为N的模式锁定的激光，2≤N≤H，N和H均为正数，H为锁模激光器单元能够产生的模式锁定的激光的最大数量；第二激光包括第一激光放大M倍后的激光，M为大于或者等于0的非负数。
参考图1所示，传输发射单元2被配置为：接收并向待测运动目标4发射第二激光，在传输第二激光时产生参考光，接收待测运动目标4接收第二激光后产生的信号光，将参考光和信号光合波后传输至探测处理单元3。
参考图1所示，探测处理单元3被配置为：接收并对参考光和信号光进行处理，得到至少一个多普勒频移差，多普勒频移差为任意两个模式锁定的激光对应的多普勒频移量的差值。
上述锁模激光器单元的具体结构不做限定。该锁模激光器单元可以包括半导体锁模激光器；半导体锁模激光器是一种可集成的脉冲光源，可以产生数GHz～百GHz重复频率的短脉冲，脉冲宽度可达皮秒量级；同时还具有高集成度、结构紧凑、低成本、易大量制造等优点。
通过研究发现，基于锁模激光器，通过测量任意两个相位锁定的激光波长的多普勒频移量之差，然后根据δ2-δ1∝stΔf，其中，δ1和δ2分别对应两个模式下的多普勒偏移量，δ2-δ1为两个模式对应的多普勒频移差，St为待测运动目标的速度，Δf＝v1-v2为两个模式对应的频率差，v1和v2分别为两个激射模式下对应的频率；进而计算得到待测运动目标的速度。
基于该测速原理，可以避免现有技术中对于激光器线宽的要求，而将对激光器线宽的要求转移到对双模拍频微波信号线宽的要求，使得多普勒测速雷达不再通过窄线宽激光器来提高测量精度，从而能够进一步提高测量精度。
同时，现有技术中单波长多普勒激光雷达会受到目标粗糙度引起的散斑噪声的影响，导致多普勒频移信号的线宽展宽，从而限制了测速精度。本发明实施例提供的测量***，相较于采用单波长多普勒激光器测速的***，能够大幅减小待测运动目标表面噪声的干扰，从而大幅减轻多普勒信号的线宽受待测运动目标表面粗糙导致的线宽展宽问题，进一步提高了测速精度。
下面具体说明本发明提供的测量***的测速原理。
以锁模激光器产生的任意两个激射模式(v1和v2)为例，两个模式对应的激光在探测到待测运动目标后会发生多普勒频移，锁模激光器的输出光场可以表示为：
其中，A1，A2，v1，v2，分别是两个激射模式下对应的电场强度，频率和相位。
锁模激光器产生的激光经传输发射单元照射到待测运动目标上；该激光在待测运动目标的表面会发生多普勒频移，从而散射出信号光；该信号光可表示为：
其中，v12＝v1+δ1，v22＝v2+δ2，τ为信号光相对于参考光的延迟，Bi＝Ai/α(Bi为中间参数)，α为散射过程中的总损耗，和/>为两个模式在运动目标表面因粗糙分别产生的相位噪声，δ1＝2stv1/c和δ2＝2stv2/c为两个模式分别对应的多普勒频移量，c为真空中的光速，st为待测运动目标的运动速度。
传输发射单元将信号光和参考光合波后，传输至探测处理单元。探测处理单元对信号光和参考光进行处理，得到v1和v2的多普勒频移信号分别为：
然后进一步对I1(t)和I2(t)进行混频，可以得到双波长激光拍频微波信号产生的多普勒频移信号为：
其中，Ci＝RAiBi，R为探测处理单元的响应度；两个模式对应的多普勒频移差δ1-δ2＝2st(v1-v2)/c；由于锁模激光器模式的相干性，而为待测运动目标表面粗糙引起的相位噪声，相较于采用单波长多普勒激光器测速，大幅减小了待测运动目标表面噪声的干扰，从而大幅减轻多普勒信号的线宽受待测运动目标表面粗糙导致的线宽展宽问题，进一步提高了测速精度。
待测运动目标的运动速度表示为：
st＝(δ1-δ2)c/2Δf
其中，δ1-δ2为两个模式对应的多普勒频移量的差值，Δf＝v1-v2为两个模式的拍频信号的频率，c为真空中的光速。基于该公式，只要获得δ1-δ2，即可计算得到待测运动目标的速度。另外，对于同一个运动目标，可获得不同Δf下的多普勒频移差，从而可以得到多个速度信息；对于多个速度信息进行处理，可以得到更精确的速度信息，进一步提高测量***的测量精度、灵敏度和鲁棒性。
本发明的实施例提供的测量***中，锁模激光器单元产生的模式锁定的激光的预设数量N可以为2，此时，探测处理单元可以得到一个多普勒频移差，该***属于双波长锁模激光器多普勒测速***。锁模激光器单元产生的模式锁定的激光的预设数量N还可以为3，此时，探测处理单元可以得到三个多普勒频移差，该***属于多波长锁模激光器多普勒测速***。当然，锁模激光器单元产生的模式锁定的激光的预设数量N还可以为其他数值，这里不做具体限定。
本发明的实施例提供的测量***中，锁模激光器单元、传输发射单元和探测处理单元的结构不做限定，只要能满足相关功能即可。
上述锁模激光器单元向传输发射单元传输第二激光，第二激光包括第一激光放大M倍后的激光，M为大于或者等于0的非负数；在M等于0的情况下，说明第一激光的放大倍数为0，即第一激光没有被放大；在M大于0的情况下，说明第一激光被放大、且放大倍数为M。M的值可以根据***需要进行选择，示例的，若锁模激光器单元的功率足够大，发射的激光可以满足后端***要求，则可以不用进行放大，即M＝0；若锁模激光器单元的功率不足，发射的激光不能满足后端***要求，则需要进行放大，此时，M可以选择1、2、3或者4等数值。
需要说明的是，本发明的实施例提供的测量***中，探测处理单元得到了至少一个多普勒频移差；若要获得待测运动目标的速度值，还需要进一步手动计算或者再通过计算单元进行自动计算，这里不做限定。示例的，如果需要自动计算，该测量***还可以包括计算单元，该计算单元与探测处理单元电连接，被配置为根据至少一个多普勒频移差计算得到待测运动目标的速度。
传统的锁模激光器存在大量的锁定模式，各模式对应的梳齿的能量较低，对光放大的需求较高。若采用全模式进行测量，需要较大增益的光放大提升各模式对应的单根谱线能量，很不利于***的小型化、低成本和集成化。而实际将锁模激光器应用在多普勒测速***时，仅需要有限的几个模式即可实现高精度测量，并不需要使用所有的模式进行测量。
为了满足小型化和集成化的要求，同时尽可能地降低成本，在一个或者多个实施例中，可选的，参考图2所示，锁模激光器单元包括：反射镜区11、增益区12和饱和吸收区13。
在2＜N＜H的情况下，饱和吸收区被配置为：产生N1个模式锁定的初始激光，N1为正数且满足2＜N＜N1≤H；反射镜区被配置为：接收并根据驱动信号产生不同谱宽的反射谱，对N1个模式锁定的初始激光进行选取得到第一激光；增益区被配置为：提供激射能量。
上述增益区(又称Gain区)可以注入电流，从而提供激光器激射所需要的能量。上述饱和吸收区(Saturable Absorber，SA)包括可饱和吸收体，可以在反向偏压和射频信号源调制之后，进入混合锁模状态。上述反射镜区可以与增益区、饱和吸收区设置在同一腔内；或者反射镜区设置在一个腔，增益区和饱和吸收区设置在另一腔；当然还可以是其他结构，这里不做限定。上述反射镜区、增益区和饱和吸收区三者形成锁模激光器。
上述锁模激光器单元中，反射镜区能够对饱和吸收区产生的初始激光进行选择，可以通过控制反射谱宽来实现激射模式数量的选择。示例的，可以通过改变注入电流来调节反射谱的中心波长，从而选择出多个相位锁定的模式。上述锁模激光器单元通过设置反射镜区，可以选择有限数量的模式进行多普勒测速，有利于***的小型化、低成本和集成化。
为了便于实现，可选的，反射镜区包括：分布式布拉格反射镜。分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflection，DBR)作为带通反射镜，可以与增益区、饱和吸收区设置在同一腔内；包括DBR的锁模激光器能够将能量集中在DBR反射带内较少的模式上，使得每根梳齿分配的能量更高，从而可以更有效的利用激光器能量，并大幅减小对放大器的增益需求；同时具备对激射模式的选择和控制。
在一个或者多个实施例中，为了降低***复杂度，可选的，反射镜区、增益区和饱和吸收区集成在一起，从而形成一种三段式半导体锁模激光器；这样，反射镜区、增益区和饱和吸收区设置在同一腔中，可以避免将反射镜区外置在增益区和饱和吸收区之外；一方面可以降低***复杂度，另一方面可以通过反射镜区，将能量集中在反射带内较少的模式上，使得每根梳齿分配的能量更高，从而可以更有效的利用激光器能量，并大幅减小对放大器的增益需求；同时具备对激射模式的选择和控制。在反射镜区的反射带内的多个模式被锁定后，该锁模激光器可以输出窄脉冲形式的激光，该窄脉冲形式的激光具有很高的脉冲能量和很窄的脉冲宽度，有利于远距离测速。
传统的飞行时间测距***和多普勒测速***相互独立，为了提高***的利用率和兼容性，可选的，测量***还被应用于检测待测运动目标与测量***之间的距离；参考图3所示，测量***还包括信号发生器5；信号发生器5与增益区12电连接。
信号发生器被配置为：向增益区提供调制信号；增益区还被配置为：接收并根据调制信号，对饱和吸收区产生的初始激光进行脉冲幅度调制；反射镜区还被配置为：对经过脉冲幅度调制后的初始激光进行选取得到第一激光；探测处理单元还被配置为：检测信号光和参考光的脉冲延时信息。
上述信号发生器可以包括任意波形发生器，示例的，该信号发生器可用于生成具有一定占空比的方波信号，该方波信号可作为调制信号，占空比的具体数值可以根据实际情况选择。需要说明的是，脉冲幅度调制的具体原理可以参考相关技术获得，这里不再赘述。
下面说明测距原理。测距技术的原理：激光器输出一束光脉冲，脉冲在目标物体的表面会发生反射，探测端通过检测脉冲发出到接收反射脉冲之间的时间间隔，即可通过测距公式计算得到距离。测距公式如下：
L＝cΔt/2
其中，L为待测运动目标与测量***之间的距离，c为真空中的光速，Δt为发射脉冲和反射脉冲的时间间隔。
本发明的实施例提供的测量***中，通过锁模激光器单元的增益区对初始激光进行脉冲幅度调制，通过探测处理单元检测信号光和参考光的脉冲延时信息，即可根据测距公式手动计算或者再通过计算单元进行自动计算得到距离值。示例的，如果需要自动计算，该测量***还可以包括计算单元，该计算单元与探测处理单元电连接，被配置为根据信号光和参考光的脉冲延时信息，计算得到待测运动目标与测量***之间的距离。本发明的实施例提供的测量***能够同时进行测距和测速，兼容性强，设备利用率高。
为了保证饱和吸收区的正常稳定工作，参考图3所示，测量***还包括射频信号源6和电压源7；射频信号源6和电压源7分别与饱和吸收区13电连接。
射频信号源被配置为：向饱和吸收区提供射频信号；电压源被配置为：向饱和吸收区提供反向偏压。
上述射频信号的具体形式不做限定，示例的，可以采用正弦射频信号。饱和吸收区可以在被正弦射频信号调制后，再接反向偏压，从而使得激光器工作在混合锁模状态。
可选的，为了保证锁模激光器单元产生的激光满足后端***的要求，在M＞0的情况下，参考图3所示，锁模激光器单元1还包括：放大器14；其中，第一激光经放大器放大M倍后传输至传输发射单元。
可选的，为了简化结构、便于实现，参考图3所示，传输发射单元2包括：环形器21、连接器22和天线23；其中，第二激光依次经过环形器、连接器和天线，发射至待测运动目标；待测运动目标接收第二激光后产生的信号光，依次经过天线、连接器和环形器，传输至探测处理单元；连接器被配置为：在向天线传输第二激光时产生参考光；参考光经过环形器传输至探测处理单元。
上述环形器可以包括三端口环形器，参考图3所示，三端口环形器的三端口分别标记为a、b和c。上述连接器可以包括光纤连接器，上述天线可以包括光学收发天线，示例的，该光学收发天线可以包括透镜。当然，环形器、连接器和天线还可以包括其他结构，这里不再列举。
上述天线可以发射多波长光信号，并接收移动物体散射的信号光。
可选的，为了简化结构、便于实现，探测处理单元包括光电探测模块和数据处理模块；光电探测模块和数据处理模块电连接；光电探测模块被配置为：接收并将参考光和信号光转换成电信号；数据处理模块被配置为：接收并处理电信号，得到至少一个多普勒频移差。
参考图3所示，上述光电探测模块可以包括光电探测器31，光电探测器可以接收参考光和信号光，并将多波长拍频信号的多普勒频移信号转换成电信号。
上述数据处理模块可以包括如图3所示的示波器32或数据采集器，示波器或数据采集器可以接收光电探测器检测出的多普勒频移信号，并在处理后显示多普勒频移差；还可以记录被方波信号调制的脉冲延时。
以图3所示的测量***为例说明该***的结构关系和工作过程。参考图3所示，锁模激光器10的输出端与放大器14的输入端相连，三端口环形器21的端口a与放大器14的输出端相连、端口b与连接器22相连、端口c与光电探测器31相连，连接器22的一端与端口b相连、另一端与天线23相连，实时示波器32或数据采集器分别与光电探测器31相连。锁模激光器产生的第一激光经放大器放大后成为第二激光，第二激光送入三端口环形器的端口a，端口b通过连接器与天线相连，天线发射多模激光并接收待检测运动目标散射的信号光。其中，通过连接器发射的激光在连接器接头处存在一定量反射，该反射光(即连接器与天线相连的端面反射光)作为***的参考光。连接器将信号光和参考光合波后，由环形器的端口b经端口c送入光电探测器，光电探测器检测出多波长光拍频信号的多普勒频移信号，并被实时示波器或数据采集器记录，根据前述测速公式可以推算出待测运动目标的移动速度。另外，示波器或数据采集器还可以记录被方波信号调制的脉冲延时，根据前述测距公式可以推算出待测物体与测量***之间的距离。
本发明的实施例还提供了上述任一种测量***的测量方法，测量方法至少应用于检测待测运动目标的速度。
参考图4所示，测量方法包括：
S01、锁模激光器单元产生第一激光并向传输发射单元传输第二激光；第一激光包括预设数量为N的模式锁定的激光，2≤N≤H，N和H均为正数，H为锁模激光器单元能够产生的模式锁定的激光的最大数量；第二激光包括第一激光放大M倍后的激光，M为大于或者等于0的非负数。
S02、传输发射单元接收并向待测运动目标发射第二激光，在传输第二激光时产生参考光，将参考光传输至探测处理单元，接收并向探测处理单元传输待测运动目标接收第二激光后产生的信号光。
S03、探测处理单元接收并对参考光和信号光进行处理，得到至少一个多普勒频移差，多普勒频移差为任意两个模式锁定的激光对应的多普勒频移量的差值。
需要说明的是，上述测量***的相关说明可以参考前述实施例，这里不再赘述。
通过执行步骤S01-S03，可以高精度地得到待检测运动目标的至少一个多普勒频移差，进而求得待检测运动目标的速度。该测量方法可以避免现有技术中对于激光器线宽的要求，而将对激光器线宽的要求转移到对双模拍频微波信号线宽的要求，使得多普勒测速雷达不再通过窄线宽激光器来提高测量精度，从而能够进一步提高测量精度。另外，相较于采用单波长多普勒激光器的测距方法，能够大幅减小待测运动目标表面噪声的干扰，从而大幅减轻多普勒信号的线宽受待测运动目标表面粗糙导致的线宽展宽问题，进一步提高了测速精度。
本文中所称的“一个实施例”、“实施例”或者“一个或者多个实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。此外，请注意，这里“在一个实施例中”的词语例子不一定全指同一个实施例。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种测量***，其特征在于，至少应用于检测待测运动目标的速度，所述测量***包括：锁模激光器单元、传输发射单元和探测处理单元；所述传输发射单元分别与所述锁模激光器单元和所述探测处理单元相连；
其中，所述锁模激光器单元被配置为：产生第一激光并向所述传输发射单元传输第二激光；所述第一激光包括预设数量为N的模式锁定的激光，2≤N≤H，N和H均为正数，H为所述锁模激光器单元能够产生的模式锁定的激光的最大数量；所述第二激光包括所述第一激光放大M倍后的激光，M为大于或者等于0的非负数；
所述传输发射单元被配置为：接收并向所述待测运动目标发射所述第二激光，在传输所述第二激光时产生参考光，接收所述待测运动目标接收所述第二激光后产生的信号光，将所述参考光和所述信号光合波后传输至所述探测处理单元；
所述探测处理单元被配置为：接收并对所述参考光和所述信号光进行处理，得到至少一个多普勒频移差，所述多普勒频移差为任意两个模式锁定的激光对应的多普勒频移量的差值。
2.根据权利要求1所述的测量***，其特征在于，所述锁模激光器单元包括：反射镜区、增益区和饱和吸收区；
在2＜N＜H的情况下，所述饱和吸收区被配置为：产生N1个模式锁定的初始激光，N1为正数且满足2＜N＜N1≤H；
所述反射镜区被配置为：接收并根据驱动信号产生不同谱宽的反射谱，对所述N1个模式锁定的初始激光进行选取得到所述第一激光；
所述增益区被配置为：提供激射能量。
3.根据权利要求2所述的测量***，其特征在于，所述反射镜区包括：分布式布拉格反射镜。
4.根据权利要求2所述的测量***，其特征在于，所述反射镜区、所述增益区和所述饱和吸收区集成在一起。
5.根据权利要求2所述的测量***，其特征在于，所述测量***还被应用于检测所述待测运动目标与所述测量***之间的距离；所述测量***还包括信号发生器；所述信号发生器与所述增益区电连接；
所述信号发生器被配置为：向所述增益区提供调制信号；
所述增益区还被配置为：接收并根据所述调制信号，对所述饱和吸收区产生的初始激光进行脉冲幅度调制；
所述反射镜区还被配置为：对经过脉冲幅度调制后的初始激光进行选取得到所述第一激光；
所述探测处理单元还被配置为：检测所述信号光和所述参考光的脉冲延时信息。
6.根据权利要求2所述的测量***，其特征在于，所述测量***还包括射频信号源和电压源；所述射频信号源和所述电压源分别与所述饱和吸收区电连接；
所述射频信号源被配置为：向所述饱和吸收区提供射频信号；
所述电压源被配置为：向所述饱和吸收区提供反向偏压。
7.根据权利要求1-6任一项所述的测量***，其特征在于，在M＞0的情况下，所述锁模激光器单元还包括：放大器；
其中，所述第一激光经所述放大器放大M倍后传输至所述传输发射单元。
8.根据权利要求1所述的测量***，其特征在于，所述传输发射单元包括：环形器、连接器和天线；
其中，所述第二激光依次经过所述环形器、所述连接器和所述天线，发射至所述待测运动目标；
所述待测运动目标接收所述第二激光后产生的信号光，依次经过所述天线、所述连接器和所述环形器，传输至所述探测处理单元；
所述连接器被配置为：在向所述天线传输所述第二激光时产生参考光；所述参考光经过所述环形器传输至所述探测处理单元。
9.根据权利要求1所述的测量***，其特征在于，所述探测处理单元包括光电探测模块和数据处理模块；所述光电探测模块和所述数据处理模块电连接；
所述光电探测模块被配置为：接收并将所述参考光和所述信号光转换成电信号；
所述数据处理模块被配置为：接收并处理所述电信号，得到至少一个所述多普勒频移差。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的测量***的测量方法，其特征在于，所述测量方法至少应用于检测待测运动目标的速度；
所述测量方法包括：
锁模激光器单元产生第一激光并向传输发射单元传输第二激光；所述第一激光包括预设数量为N的模式锁定的激光，2≤N≤H，N和H均为正数，H为所述锁模激光器单元能够产生的模式锁定的激光的最大数量；所述第二激光包括所述第一激光放大M倍后的激光，M为大于或者等于0的非负数；
传输发射单元接收并向所述待测运动目标发射所述第二激光，在传输所述第二激光时产生参考光，将所述参考光传输至探测处理单元，接收并向所述探测处理单元传输所述待测运动目标接收所述第二激光后产生的信号光；
探测处理单元接收并对所述参考光和所述信号光进行处理，得到至少一个多普勒频移差，所述多普勒频移差为任意两个模式锁定的激光对应的多普勒频移量的差值。
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| CN202310285572.8A CN116482702A (zh) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | 一种测量***及其测量方法 |
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