【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光雷達，更具體的說是涉及一種基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統及方法。
技術介紹
1、激光雷達是以激光作為光源，采用光電探測技術實現對目標距離的主動探測技術，具有精度高、速度快、體積小等優點，被廣泛應用于自動駕駛、無人機、智能機器人、三維建模、地理測繪等領域。
2、現有的激光雷達測距方法中，在利用半導體激光器進行fmcw測距時，由于半導體激光器的頻率調制主要通過調節注入電流來實現，當注入電流發生變化時，激光器中的載流子密度也隨之改變，而載流子密度的變化會影響折射率，進而改變激光的頻率。但是，載流子密度和折射率之間的關系并非線性，這會導致頻率調制過程中出現非線性誤差；在采用三角波調制時，由于頻率響應的非線性，會導致調頻過程中的非線性誤差，進一步導致測距精度的下降。
3、為提高測距精度，現有技術提出了：1.?外部參考源法，使用一個穩定的外部頻率源（如高精度頻率標準或參考激光器），其頻率已知且穩定。通過將fmcw激光器與外部參考源進行頻率比較，可以校準激光器的輸出頻率；2.?頻率計法，使用精密頻率計直接測量激光器的輸出頻率，并將其與設定的目標頻率進行比較；3.?干涉法，利用干涉技術，將激光器的輸出與已知頻率的參考激光進行干涉，通過分析干涉圖樣中的頻率差異，調整激光器頻率；4.?光譜分析法，使用光譜分析儀直接測量激光器的輸出頻譜，并根據光譜線位置與目標頻率的偏差進行校準。但現有技術也存在以下缺陷：精度有限，傳統方法依賴外部參考源或測量設備，精度受到這些設備的性能限制；單點校準，大多數方法只能校
4、利用電流對半導體激光器進行調頻時，半導體激光器的頻率隨驅動電流的變化并不是嚴格線性的，存在頻率的非線性，這種非線性會導致調頻信號的頻率變化偏離預期的線性關系。在調頻連續波（fmcw）測距方法中，非線性會導致距離測量的誤差。在外差干涉中，非線性會影響干涉信號的穩定性和準確性，從而降低測距精度。
5、隨著人們對測距精度要求的不斷提高，現有測距系統及方法已經無法滿足需求，基于上述理由，有必要專利技術一種更加便捷的高精度的激光測距系統及方法。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統及方法，使用脈沖激光器對半導體激光器的輸出頻率進行校準，可以得到調頻的非線性量，對測距結果進行修正，得到更高精度的測距結果。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：
3、一種基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，包括測距光路和校準光路；
4、所述測距光路包括任意波形發生器、半導體激光器、光纖耦合器一、測距單元、光電探測器一、數據采集器以及處理器；
5、所述校準光路包括脈沖激光器、光纖耦合器二、光電探測器二、濾波器；
6、所述任意波形發生器生成調頻信號，通過控制半導體激光器的驅動電流，對半導體激光器的激光信號進行頻率調制；
7、頻率調制后的激光信號經光纖耦合器一分束，一束激光信號入射到測距單元，另一束激光信號入射到光纖耦合器二；
8、測距單元傳輸激光信號到目標進行測距；所述光電探測器一獲取測距信號，并轉化為電信號，傳輸到數據采集器；
9、所述脈沖激光器發出頻率校準激光，并傳輸到光纖耦合器二，光纖耦合器二將頻率校準激光與激光信號耦合，得到混頻光信號，混頻光信號依次經光電探測器二、濾波器傳輸到數據采集器；
10、所述數據采集器分別接收光電探測器一、濾波器輸出的電信號，傳輸到處理器；
11、所述處理器基于測距信號得到測距結果，并基于頻率校準激光確定激光信號頻率隨時間的變化曲線，得到調頻的非線性量，基于調頻的非線性量對所述測距結果進行校準。
12、進一步地，所述測距單元包括環路單元、光纖準直單元，
13、頻率調制后的激光信號經光纖耦合器一分光，一束激光信號入射到環路單元，另一束激光信號入射到光纖耦合器二；
14、所述環路單元分別與光纖準直單元、光電探測器一連接；激光信號經所述光纖準直單元傳輸到目標進行測距。
15、進一步地，所述測距信號為共程傳輸物光與參考光；
16、所述環路單元與光纖準直單元通過光纖連接，用于將激光信號傳輸到光纖準直單元；
17、所述光纖準直單元用于透射一部分激光信號到目標，并采集由目標反射回來的物光，同時反射一部分激光信號形成參考光，所述光纖準直單元接收到的物光與參考光共程傳輸；
18、所述環路單元接收光纖準直單元傳回的物光和參考光，并傳輸到光電探測器一；
19、所述光電探測器一用于將物光和參考光的干涉光的強度信號轉換為電信號，傳輸到數據采集器。
20、進一步地，所述環路單元采用光纖環形器，設置有三個接口，分別為a口、b口、c口，其中，a口用于接收來自光纖耦合器一的激光信號，b口用于將激光信號輸出到光纖準直單元，并接收物光和參考光，c口用于將物光和參考光傳送到光電探測器一；
21、所述光纖準直單元采用具有pc型接口的光纖準直器、采用具有透射和反射功能的鏡頭或者采用光纖和準直鏡的組合結構。
22、進一步地，所述脈沖激光器與光纖耦合器二之間設置電光調制器，所述電光調制器用于對頻率校準激光的信號進行調制。
23、進一步地，所述任意波形發生器還用于生成同步電信號，傳輸到數據采集器，所述同步電信號與所述調頻信號同頻率。
24、進一步地，所述脈沖激光器采用鎖模激光器。
25、本專利技術還提供一種基于脈沖激光器校準的高精度激光測距方法，應用于上述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，包括如下步驟：
26、基于頻率校準激光，獲取脈沖激光器的頻率譜線；
27、基于頻率譜線，將頻率校準激光與激光信號耦合，得到混頻光信號，包括一個差頻信號和一個和頻信號，和頻信號忽略不計，則差頻信號表達式為
28、
29、其中，是重復頻率，等于激光脈沖的重復率；為載波包絡相移頻率，表示單個脈沖的載波相位與脈沖包絡之間的相對位置變化的速率，即載波光波與脈沖包絡之間的相位偏移速率，該值小于；為半導體激光器的激光信號的頻率； n為正整數；
30、差頻信號在經濾波器后，差頻信號頻率符合濾波器帶寬范圍時有輸出；
31、半導體激光器的頻率信號調頻過程中，與頻率校準激光的等間距離散譜線的頻差符合濾波器的帶寬范圍時，產生一對輸出信號，利用離散譜線的等間距特性以及濾波器的帶寬不受半導體激光器調頻影響的特性，求出差頻信號每次輸出之間的間隔以及單次輸出的寬度，獲得半導體激光器調頻信號在不同時間的調頻速率，以此得到調頻的非線性量；<本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，包括測距光路和校準光路；
2.根據權利要求1所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述測距單元包括環路單元（4）、光纖準直單元（5），
3.根據權利要求2所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述測距信號為共程傳輸物光與參考光；
4.根據權利要求3所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述環路單元（4）采用光纖環形器，設置有三個接口，分別為a口、b口、c口，其中，a口用于接收來自光纖耦合器一（3）的激光信號，b口用于將激光信號輸出到光纖準直單元（5），并接收物光和參考光，c口用于將物光和參考光傳送到光電探測器一（6）；
5.根據權利要求1所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述脈沖激光器（9）與光纖耦合器二（10）之間設置電光調制器（13），所述電光調制器（13）用于對頻率校準激光的信號進行調制。
6.根據權利要求1所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述任意
7.根據權利要求1所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述脈沖激光器（9）采用鎖模激光器。
8.一種基于脈沖激光器校準的高精度激光測距方法，應用于權利要求1-7任一項所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，包括如下步驟：
9.根據權利要求8所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距方法，其特征在于，
10.根據權利要求8所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距方法，其特征在于，
...【技術特征摘要】
1.一種基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，包括測距光路和校準光路；
2.根據權利要求1所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述測距單元包括環路單元（4）、光纖準直單元（5），
3.根據權利要求2所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述測距信號為共程傳輸物光與參考光；
4.根據權利要求3所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述環路單元（4）采用光纖環形器，設置有三個接口，分別為a口、b口、c口，其中，a口用于接收來自光纖耦合器一（3）的激光信號，b口用于將激光信號輸出到光纖準直單元（5），并接收物光和參考光，c口用于將物光和參考光傳送到光電探測器一（6）；
5.根據權利要求1所述的基于脈沖激光器校準的高精度激光測距系統，其特征在于，所述脈沖激...
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