本發明涉及激光測距領域，具體是一種基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，實現光頻梳頻譜的充分利用，提高測距精度。

背景技術：

1、激光測距利用激光的高分辨能力，可實現對目標物體的高精度測距，在自動駕駛、遙感探測等領域有廣泛的應用價值。通過將調頻連續波(frequency-modulatedcontinuous?wave,fmcw)技術與雙光梳技術相結合，可以獲得毫米級的測量精度，且系統復雜度較低。在先申請的專利cn202410559087.x公開了一種基于雙光頻梳的調頻連續波激光雷達的測量裝置，利用信號頻譜的相參性，通過相參拼接來提升等效掃頻帶寬，從而提升測距精度。但該方案中，為了避免雙光梳相干探測過程中對稱頻梳光譜引入的鏡像拍頻干擾，將雙光梳的其中一個光梳濾除一半光譜。盡管這種方法在一定程度上緩解了干擾問題，但不可避免地犧牲了有效的探測功率，對測距精度造成不利影響。

2、鑒于上述限制，業界迫切需要一種更為高效、創新的解決方案，旨在更全面地利用光梳的梳線功率，從而在不影響測距精度的前提下，顯著提升測距系統的靈敏度。這不僅將推動激光測距技術向更高精度、更高效率的方向發展，還將為自動駕駛、遙感探測等領域的進一步發展奠定堅實的基礎。。

技術實現思路

1、本發明要解決的問題是現有fmcw結合雙光梳的激光測距方案中需要犧牲一半光頻梳光譜導致靈敏度降低的不足，提供了一種基于移頻雙光頻梳的fmcw激光測距裝置及方法，能夠更有效地利用光梳頻譜功率，提升測距靈敏度。

2、為了實現上述目標，本發明的技術解決方案如下：

3、一種基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，包括：

4、fmcw光源，輸出掃頻帶寬b、掃頻周期2t的雙向線性掃頻激光；

5、分束器，接收所述fmcw光源并將其分束為探測光和參考光；

6、在探測光通道，光信號依次經過第一光梳生成器和環形器。其中，第一光梳生成器產生梳齒間隔fr的第一光梳，用于探測目標物體；第一光梳進入環形器的第一端口，從環形器的第二端口發射到目標物體，目標物體的回波光進入環形器的第二端口，從環形器的第三端口輸出；

7、在參考光通道，光信號依次經過移頻器和第二光梳生成器。其中，移頻器將光信號的頻率增加ffs；第二光梳生成器產生梳齒間隔fr+δfr的第二光梳，其中δfr為雙光梳間的重頻差；移頻頻率ffs不能是重頻差δfr的整數倍；

8、合束器，將上述探測光通道和參考光通道的兩路信號合束，并進入光電探測器產生拍頻信號；

9、處理模塊，對所述拍頻信號進行后端數據處理，利用不同梳齒產生的拍頻信號之間的相參性，實現時域信號拼接，等效提升掃頻帶寬，進而提升測距精度。

10、進一步，所述的移頻器產生的移頻頻率ffs取值應確保光梳左半部分(即小于中心頻率部分)和右半部分(即大于中心頻率部分)拍頻產生的信號在頻譜上沒有交織，以便于頻譜分割。

11、進一步，所述后端時域拼接數據處理，具體包括如下步驟：

12、s1.將所述拍頻信號按照掃頻方向，分為向上掃頻和向下掃頻兩部分，分別進行處理，首先處理向上掃頻部分；

13、s2.通過傅里葉變換以梳齒間隔δfr的長度對所述拍頻信號頻譜進行分割，即第i個頻段的范圍為[(i-1)δfr,iδfr]；

14、s3.將第i個頻段的[(i-1)δfr,(i-0.5)δfr]子頻段頻譜搬移到基帶[0,0.5δfr]內，[(i-0.5)δfr,iδfr]子頻段頻譜翻轉后搬移到基帶[0,0.5δfr]內(即iδfr搬移到基帶0頻率，(i-0.5)δfr搬移到基帶0.5δfr)；其中光梳右半部分(即大于中心頻率部分)拍頻產生的頻譜對應于[(i-1)δfr,(i-0.5)δfr]子頻段，光梳左半部分(即小于中心頻率部分)拍頻產生的頻譜對應于[(i-0.5)δfr,iδfr]子頻段；

15、s4.重復s3，將n個頻段進行搬移，共有2n個[0,0.5δfr]的子頻段，隨后對所有2n個子頻段進行傅里葉逆變換；

16、s5.在時域上將所有信號進行相位連續化處理，即前一個信號結束時間的相位等于下一個信號起始時間的相位，以及幅度補償處理，并進行時域信號拼接；

17、s6.重復s2-s5對向下掃頻部分的信號進行相同處理；

18、s7.對比傅里葉變換后的上掃頻拼接信號和下掃頻拼接信號，獲得目標物體的速度和距離信息。

19、優選的，所述的fmcw光源采用分布式反饋dfb激光器、分布布拉格反射dbr激光器、垂直腔面發射vcsel激光器或者外腔激光器ecl。

20、優選的，所述的光梳生成器是電光梳或者kerr光梳來產生。

21、優選的，所述的光梳梳齒間隔略小于種子光掃頻帶寬，即fr<b。

22、優選的，所述的移頻器是聲光移頻器或者基于單邊帶電光調制器的移頻器。

23、優選的，所述的移頻器產生的移頻頻率ffs取值范圍在重頻差δfr的10％～40％。

24、本發明通過對本地參考光梳施加一個頻移，使得參考光梳與測量光梳拍頻中的鏡像干擾消失，所有光梳的所有梳齒都可以提供測距信息。同時，通過合理選擇移頻頻率ffs和在重頻差δfr的取值，使得光梳左半部分和右半部分拍頻得到的信號在頻譜上能夠得到區分。那么可用于時域拼接的梳齒數量，就大幅增加，從而測距精度也能顯著提升。

25、與現有技術相比，本發明具有以下優點：

26、相比于在先申請的專利cn202410559087.x，本發明無需對一路光梳進行濾除一半光譜的處理，將可用于拼接的梳齒數量提升了一倍，測距精度也提升一倍。

27、相比于傳統的調頻連續波fmcw方案，本發明利用雙光梳實現了多路并行測量，測距精度得以顯著提升。

28、相比于基于鎖模激光器的雙光梳測距方案，本發明系統結構更簡單，可靠性更高

29、利用雙光梳技術，通過引入重頻差和移頻，有效提升了測距的精度。雙光梳技術能夠充分利用光頻梳的高光譜分辨率和脈沖速率優勢，實現高精度測量。后端數據處理模塊通過對拍頻信號進行相參性處理，實現時域信號拼接，等效提升了掃頻帶寬，進一步提高了測距精度。

技術特征：

1.一種基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，其特征在于，所述處理模塊包括傅里葉變換單元、頻譜分割單元、頻譜搬移與翻轉單元、傅里葉逆變換單元、相位連續化處理單元和幅度補償處理單元，用于對拍頻信號進行精細處理，以實現時域信號拼接和測距精度的提升。

3.根據權利要求2所述的激光測距裝置，其特征在于，所述處理模塊還包括信號對比單元，用于對比上掃頻拼接信號和下掃頻拼接信號，以獲得目標物體的速度和距離信息。

4.根據權利要求1所述的基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，其特征在于，所述fmcw光源采用分布式反饋dfb激光器、分布布拉格反射dbr激光器、垂直腔面發射vcsel激光器或者外腔激光器ecl。

5.根據權利要求4所述的基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，其特征在于，所述fmcw光源輸出的雙向線性掃頻激光的掃頻周期2t為預設值，以確保在掃頻周期內能夠接收到目標物體的回波光。

6.根據權利要求1所述的基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，其特征在于，所述第一光梳生成器和第二光梳生成器產生的光梳具有穩定的梳齒間隔和相位關系，以確保拍頻信號的相參性。

7.根據權利要求6所述的基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，其特征在于，所述第一光梳生成器(3)和第二光梳生成器(7)均為電光梳或kerr光梳，且fr<b。

8.根據權利要求1所述的基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，其特征在于，所述移頻器通過電光效應、聲光效應或熱光效應實現光信號的頻率增加。

9.根據權利要求8所述的基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，其特征在于，所述移頻器產生的移頻頻率ffs在雙光梳間重頻差δfr的10％～40％。

10.根據權利要求1所述的基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，其特征在于，所述后端數據處理包括：

技術總結
本發明提出一種基于移頻雙光梳的調頻連續波激光測距裝置，融合了調頻連續波與雙光梳技術，包括FMCW光源、分束器、探測與參考光通道、合束器、光電探測器及處理模塊。FMCW光源輸出線性掃頻激光，經分束器分為兩路，探測光通道利用第一光梳生成器與環形器探測目標；參考光通道則通過移頻器增加頻率f<subgt;FS</subgt;，并由第二光梳生成器產生不同梳齒間隔的光梳，其中f<subgt;FS</subgt;與重頻差Δf<subgt;R</subgt;非整數倍關系，有效避免干擾。兩路信號經合束器合并后，由光電探測器轉換為拍頻信號，再由處理模塊利用相參性拼接時域信號，提升測距精度。本發明移頻雙光梳技術提升精度與抗干擾性；高效數據處理算法確保快速測量與廣泛適用范圍。

技術研發人員：吳侃,陳建平
受保護的技術使用者：上海交通大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28