基于二次偏振调制测距系统的设计与实现

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长度测量作为许多基础物理量测量中一个非常重要的部分,已经成为众多精密仪器相关专业研究者们一个很关注的课题。大量程、高精度的绝对长度测量技术对于许多科技领域的发展都具有重要的意义。不仅可以提高大型设备、科学仪器的制造、装配水平,对于促进技术进步、提高科学研究的水平也发挥着很重要的作用。同时,作为基础测量物理量,其测量精度的提高也会相应地提高很多相关测量的精度,在地学、深空探测、高分辨率对地观测等领域有重要的应用前景。而该技术的发展对于国家的诸多重大需求来讲,尤为重要。本文主要针对目前激光测距技术中,相位法激光测距技术常见的鉴相精度以及模糊距离的问题,提出了一种干涉鉴相、连续波扫频的测距方法——基于二次偏振调制激光测距系统。该测距系统通过偏振分束器实现激光束的起偏与检偏,将与距离相关的相位信息加载到偏振光x轴、y轴分量的相位差上,在偏振分束器上将x轴与y轴偏振光分量干涉,对相位差信息进行解调,该过程类似于模拟鉴相技术中的混频作用,最终将与相位差信息对应的直流分量通过光电探测器转换为电信号,实现鉴相过程。针对模糊距离的问题,采用小步进改变调制频率扫频的方法,对比不同调制频率下干涉解调鉴相得到的信号强度,寻找两个相邻的信号强度最小的采样点,该点对应的调制频率值刚好满足条件:测量距离为其波长整数倍,通过公式计算即可得到测量的距离值。该方法能够简化传统相位测距中的鉴相系统结构,减小了附加相移噪声,同时解决了模糊距离的问题,经实验验证其测距精度能够达到10-6。在这一测距系统的基础之上,本文又探究了微波源调制频率对相位法激光测距技术的影响,通过选择合适的调制频率将该测距系统的测量精度提高了一个量级;并对空气折射率进行了补偿,克服了大气环境的变化对测距精度产生的影响。使二次偏振调制测距系统的系统性能有所提升。为之后的样机化、产品化、工程化奠定了良好的基础。
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