一种准确度高的色散干涉测距方法

1.本发明属于测距领域，具体涉及一种准确度高的色散干涉测距方法。


背景技术：

2.对于色散干涉测距，其理论上测量距离可达上千公里，测量精度可以到微米量级。色散干涉测距可以采用光频梳来作为测距光源，光频梳在时域上表现为等时间间隔的一系列脉冲，其具有几十ghz的重复频率，这使得其在谱域上不同数值之间的间隔足以匹配一般商用光谱分析仪的分辨率，由此可以减少测量死区，可见光频梳是色散干涉测距技术中理想的光源。现有色散干涉测距系统通常采用迈克尔逊干涉结构来进行距离传感，当参考光和传感光相遇时会发生干涉，其中测量距离和干涉光谱的自由光谱范围(fsr)之间呈线性关系，干涉光谱的fsr会随着两干涉臂光程差的增加而减小；随着两干涉臂光程差的减小而增大，因此目前多根据干涉光谱的fsr疏密程度来反映测量距离。
3.然而，测量距离并非实际距离，实际上测量距离与实际距离之间存在一定的对应关系，该对应关系是固定的且由波形曲线来表示。在确定出测量距离后，可以从波形曲线中查找出与该测量距离对应的实际距离，其中波形曲线的横坐标为实际距离，纵坐标为测量距离，随着实际距离的增加，测量距离与实际距离的波形会出现周期性变化，一个周期的长度可以为l
pp
，且在该周期长度内的中间位置处存在一个转折点l
pp
/2。为了得到测量距离，目前通常采用两种方式对干涉光谱进行解调：第一种是利用两次傅里叶变换来进行测量距离信息提取，其中第一次傅里叶变换后通过滤波的方式，将傅里叶转换谱(fts)滤出来后再利用傅里叶逆变换，相位解卷绕，相位斜率等一系列操作来得到相应的测量距离信息。虽然该方法可以进行测量距离信息的提取且有较高的精度但是当两干涉臂的距离差很小时，fts与零频之间因为重叠而模糊从而无法提取；此外在进行滤波时，滤波器的类型也会影响最终测量距离的求解精度。第二种是利用一次傅里叶变换的方式来求解测量距离信息。虽然该方法可以较简单的获得测量距离信息，但是比较特殊的是，在三角波的周期开始点、结束点和转折点处，测量距离与实际距离之间的关系比较模糊，即便解调获得测量距离，也难以从波形曲线中准确查找到对应的实际距离。此外，传统的色散干涉测距系统自身无法对实际距离所处的周期进行确定，从而导致实际距离的确定存在周期模糊。为了解决周期模糊的问题，目前可以通过外加其他辅助测量装置来对周期进行确定，但这无疑增加了系统的复杂度。


技术实现要素：

4.本发明提供一种准确度高的色散干涉测距方法，以解决在根据测量距离与实际距离之间的关系曲线确定当前实际距离时，周期的起始点、结束点和转折点处关系比较模糊，以及为了确定当前实际距离所在周期，需要增设辅助装置，系统较为复杂的问题。
5.根据本发明实施例的第一方面，提供一种准确度高的色散干涉测距方法，包括：
6.步骤s110、将具有重频差的两套光频梳传输给色散干涉测距系统，每套光频梳在
该色散干涉测距系统传输过程中均产生对应的距离干涉谱；
7.步骤s120、分别对两套距离干涉谱进行傅里叶变换，根据傅里叶变化后的干涉谱峰值进行距离粗测量，分别获得当前测量距离l
dpi1
和l
dpi2
；
8.步骤s130、与各套光频梳对应的关系曲线中，其测量距离与实际距离之间的关系均呈周期性变化，针对每条关系曲线，选择该关系曲线中的一个周期作为其设定周期，针对该关系曲线中的每个周期，该设定周期内的每个第一位置均与该周期内对应的第二位置关联，将该设定周期内各个位置在两条关系曲线上的测量距离差值作为第一差值，将该周期内各个位置在该两条关系曲线上的测量距离差值作为第二差值，相对于该设定周期内第一位置对应的第一差值，该周期的序号每增大一个，该周期内关联的第二位置对应的第二差值增加δl，δl为大于0的任意数值；
9.步骤s140、针对每条关系曲线，根据与该关系曲线对应的当前测量距离l
dpi1
或l
dpi2
，从该关系曲线的设定周期内查找出与该当前测量距离l
dpi1
或l
dpi2
对应的待定实际距离，确定该待定实际距离在该设定周期内的第一位置以及该设定周期内该第一位置对应的第一差值；
10.步骤s150、针对该关系曲线中的每个周期，确定该周期内与该设定周期内第一位置关联的第二位置，根据该设定周期内该第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl、该设定周期的序号、与该设定周期内第一位置相同的该周期内的第一位置、该周期内关联的第二位置以及所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla，确定当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号；
11.步骤s160、分别确定出当前实际距离在两条关系曲线中的周期序号k1和k2后，根据该确定的周期序号k1或k2，确定所述当前实际距离。
12.在一种可选的实现方式中，针对每套光频梳对应的关系曲线，在所述关系曲线的每个周期内所述测量距离与实际距离之间均为等腰的三角波关系；所述关系曲线的横坐标为实际距离，纵坐标为测量距离；
13.针对每条关系曲线，将该关系曲线中的每个第一三角波，与从另一关系曲线中选择的第二三角波进行关联，将该对关联的三角波中第一三角波的测量距离最大值对应的实际距离，以及第二三角波的测量距离最大值对应的实际距离分别作为第一实际距离和第二实际距离，所述第一实际距离和第二实际距离的差值小于半周期实际距离，该关系曲线和另一关系曲线分别基于第一套光频梳和第二套光频梳获得，该第一套光频梳先于第二套光频梳传输给该色散干涉测距系统；
14.针对该关系曲线中的每个第一三角波，将所述第一三角波和其关联的第二三角波中实际距离最小值之间的区域作为第一区域，将所述第一区域与该第一实际距离之间的区域作为第二区域，将所述第一实际距离与第二实际距离之间的区域作为第三区域，将所述第二实际距离与该第一三角波的实际距离最大值之间的区域作为第四区域；
15.随着所述第一三角波对应周期的增大，所述第一区域和第三区域的范围逐渐增大，相比于该设定周期，各个周期中所述第一区域的增大比例各不相同，各个周期中所述第三区域的增大比例也各不相同；随着所述第一三角波对应周期的增大，所述第二区域和第四区域的范围逐渐减小；
16.针对每条关系曲线，设该关系曲线中各个周期在位置坐标系中均对应于相同的位
置坐标范围，将该关系曲线的各个周期中范围最小的第一区域和第三区域的位置坐标范围，分别作为各个周期的第一位置范围和第三位置范围，将各个周期中范围最小的第二区域和第四区域的位置坐标范围，分别作为各个周期的第二位置范围和第四位置范围，针对每个周期，将其第一位置范围与第二位置范围之间的区域作为该周期的第五位置范围，将其第三位置范围与第四位置范围之间的区域作为该周期的第六位置范围；
17.针对该关系曲线中的每个周期，若该待定实际距离在该设定周期的所述第二位置范围或第四位置范围内，则该设定周期内第一位置与该周期内关联的第二位置的位置坐标相同；若该待定实际距离在该设定周期的所述第一位置范围或第三位置范围内，则该设定周期内第一位置的位置坐标乘以与该周期的第一区域或第三区域对应的增大比例，即为该周期内关联的第二位置的位置坐标；若该待定实际距离在该设定周期的第五位置范围或第六位置范围内，则该设定周期内第一位置与该周期内关联的第二位置之间存在以下两种关系之一：该设定周期内第一位置与该周期内关联的第二位置的位置坐标相同；该设定周期内第一位置的位置坐标乘以与该周期的第一区域或第三区域对应的增大比例，即为该周期内关联的第二位置的位置坐标。
18.在另一种可选的实现方式中，所述步骤s150具体包括：
19.步骤s151、判断该待定实际距离位于该设定周期的第一至第六位置范围中的哪个位置范围，若该待定实际距离在该设定周期的第二位置范围或第四位置范围内，则表示该设定周期内的第一位置与各个周期内关联的第二位置相同，执行步骤s152；若该待定实际距离在该设定周期的第一位置范围或第三位置范围内，则表示该设定周期内的第一位置与各个周期内关联的第二位置不相同，执行步骤s154；若该待定实际距离在该设定周期的第五位置范围或第六位置范围内，则表示该设定周期内的第一位置与各个周期内关联的第二位置可能相同，也可能不相同，执行步骤s152至s154；
20.步骤s152、根据所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla、该设定周期内第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl以及该设定周期的序号，确定当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号；
21.步骤s153、判断该周期序号是否为整数，若为整数，则不做处理，否则，执行步骤s154；
22.步骤s154、针对该关系曲线中的每个周期，根据该设定周期内第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl以及该周期的序号，确定该周期内第二位置对应的第二差值，根据该周期内的第一位置、第二位置以及该周期内第二位置对应的第二差值，确定该周期内第一位置对应的第二差值，判断所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla是否等于该周期内第一位置对应的第二差值，若是，则将该周期的序号作为该当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号，其中该周期和设定周期内的第一位置相同。
23.在另一种可选的实现方式中，所述步骤s152具体包括：计算出所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla，将该差值δla减去该设定周期内第一位置对应的第一差值后，除以与该关系曲线对应的δl，再加上该设定周期的序号，得到该当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号。
24.在另一种可选的实现方式中，所述步骤s154具体包括：
25.步骤s101、设该关系曲线中各个周期在位置坐标系中均对应于相同的位置坐标范
围，且该位置坐标系以各个周期的实际距离最小值为零点；
26.步骤s102、针对该关系曲线中的每个周期，将该设定周期内第一位置的位置坐标x1乘以该周期对应的增大比例，得到该周期内关联的第二位置的位置坐标x2，该设定周期内第一位置的位置坐标x1即为该周期内第一位置的位置坐标，其中当该待定实际距离在该设定周期的第一位置范围和第五位置范围内时，该位置坐标x1乘以与该周期的第一区域对应的增大比例，当该待定实际距离在该设定周期的第三位置范围和第六位置范围内时，该位置坐标x1乘以与该周期的第三区域对应的增大比例；从该两条关系曲线在该周期内的两个相交点中，选取与该位置坐标x1和x2最近的一个相交点，将选择的相交点的位置坐标设为x3；
27.步骤s103、按照以下公式计算出该周期内第二位置对应的第二差值δl
22
：
28.δl
22
＝该周期的序号*δl+该设定周期内第一位置对应第一差值δl
11
；
29.步骤s164、按照以下公式计算出该周期内第一位置对应的第二差值δl
21
：
[0030][0031]
步骤s105、判断所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla是否等于该周期内第一位置对应的第二差值δl
21
，若是，则将该周期的序号作为该当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号。
[0032]
在另一种可选的实现方式中，设第一条关系曲线中每个周期内实际距离为l
pp1
/2时对应的测量距离峰值为l
max1
，第二条关系曲线中每个周期内实际距离为l
pp2
/2时对应的测量距离峰值为l
max2
；
[0033]
所述步骤s160具体包括：
[0034]
步骤s161、判断所述当前测量距离l
dpi1
是否等于0或l
max1
，若是，则执行步骤s162，否则，从该第一条关系曲线的第k1个周期中查找出与所述当前测量距离l
dpi1
对应的当前实际距离；
[0035]
步骤s163、从该第二条关系曲线的第k2个周期中查找出与所述当前测量距离l
dpi2
对应的当前实际距离。
[0036]
在另一种可选的实现方式中，所述步骤s160具体包括：
[0037]
步骤s201、所述当前实际距离与其在对应关系曲线上的周期序号、对应关系曲线的周期大小、对应距离干涉谱中选取的极值点波长以及该波长的相乘系数存在等式关系，根据所述当前实际距离分别在两套光频梳对应关系曲线上的周期序号k1和k2、两条关系曲线对应周期大小l
pp1
和l
pp2
、从第一光频梳对应第一距离干涉谱中选取的k个极值点的波长以及每个波长的相乘系数、从第二光频梳对应第一距离干涉谱中选取的k个极值点的波长以及每个波长的相乘系数，基于所述等式关系建立2k个方程式，求解得出对应相乘系数，k为大于1的整数；
[0038]
步骤s202、将求解得出的相乘系数代入所述等式关系中，计算出所述当前实际距离。
[0039]
在另一种可选的实现方式中，所述步骤s201中，所述当前实际距离与其在对应关系曲线上的周期序号、对应关系曲线的周期大小、对应距离干涉谱中选取的极值点波长以及该波长的相乘系数存在的等式关系为：当前实际距离la＝对应关系曲线上的周期序号*
对应关系曲线的周期大小+对应距离干涉谱中选取的极值点波长*该波长的相乘系数；所述步骤s201具体包括：
[0040]
从第一光频梳对应第一距离干涉谱中选取2个极大值点或极小值点，并确定2个极大值点或极小值点的波长λ
11
和λ
12
，波长λ
11
和λ
12
的相乘系数分别为m
11
和m
12
，从第二光频梳对应第二距离干涉谱中选取2个极大值点或极小值点，并确定2个极大值点或极小值点的波长λ
21
和λ
22
，波长λ
21
和λ
22
的相乘系数分别为m
21
和m
22
，
[0041]
基于所述等式关系建立如下4个方程式：
[0042]
k1*l
pp1
+m
11
*λ
11
＝k2*l
pp2
+m
21
*λ
21
[0043]
k1*l
pp1
+m
11
*λ
11
＝k2*l
pp2
+m
22
*λ
22
[0044]
k1*l
pp1
+m
12
*λ
12
＝k2*l
pp2
+m
21
*λ
21
[0045]
k1*l
pp1
+m
12
*λ
12
＝k2*l
pp2
+m
22
*λ
22
；
[0046]
对所述4个方程式联立求解，获得相乘系数m
11
，m
12
，m
21
，m
22
。
[0047]
所述步骤s202具体包括：
[0048]
根据公式la＝k1*l
pp1
+m
11
*λ
11
，计算出所述当前实际距离la。
[0049]
在另一种可选的实现方式中，所述步骤s201中，针对每套光频梳对应的距离干涉谱，按照以下步骤选取该距离干涉谱中的极值点：
[0050]
确定该距离干涉谱中采集到的k个极大值或极小值；
[0051]
针对确定的每个极值点，对该极值点及其附近对应的点进行拟合，获得拟合后的极值点，以该拟合后的极值点作为选取的极值点。
[0052]
在另一种可选的实现方式中，通过对两套光频梳的重频差大小进行调节，来调节测量范围，其中所述重频差越小，所述测量范围的测量下限越低，在对两套光频梳的重频差大小进行调节时，δl应大于或者等于预设的测量误差。
[0053]
本发明的有益效果是：
[0054]
1、本发明针对每条关系曲线，将该关系曲线中设定周期内的每个第一位置与该关系曲线中各个周期内对应的第二位置关联，使得该周期的序号每增大一个，相比于该设定周期内第一位置在两条关系曲线上的测量距离差值，该周期内关联的第二位置在两条关系曲线上的测量距离差值增加δl，在确定当前实际距离所在周期时，不需要另外设置辅助装置，只需要首先从该关系曲线的设定周期内查找出与获得的当前测量距离对应待定实际距离，从而确定该待定实际距离在该设定周期内的第一位置以及该设定周期内第一位置对应的第一差值，然后根据该设定周期内该第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl、该设定周期的序号、与该设定周期内第一位置相同的该周期内的第一位置、该周期内关联的第二位置以及所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla，确定当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号，本发明解决了周期模糊问题，且结构更加简单；此外，本发明在查找出该待定实际距离后，并不是通过将该所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla与各个周期内该待定实际距离对应的测量距离差值进行逐一查询对比，来获得当前实际距离所在周期，而是只对设定周期内与该待定实际距离对应的第一位置以及该第一位置对应的测量距离差值进行查询确定，此后根据设计的计算判断逻辑来确定当前实际距离所在周期，可见本发明周期确定效率更高；由于本发明确定出了当前实际距离所在周期，当前实际距离确定准确度，因此在该周期内查找与当前测量距离对应的当前实际距离，可以提高当前实
际距离确定准确度；此外，由于本发明有两条关系曲线，当其中一条关系曲线上当前测量距离位于周期的起始点、结束点和转折点处时，选择另一条关系曲线，根据该另一条关系曲线上的当前测量距离，确定当前实际距离，由此本发明在根据关系曲线确定当前实际距离时，可以完全避免利用关系曲线中周期起始点、结束点和转折点处比较模糊的关系，来确定当前实际距离，从而可以进一步提高当前实际距离确定准确度；
[0055]
2、本发明将关系曲线的每个周期都分成六个位置范围，根据待定实际距离所在位置范围，采用对应的计算判断逻辑(如采用步骤s152或步骤s154或步骤s152至步骤s154)来对当前实际距离所在周期进行确定，而不是无论待定实际距离所处位置如何，都运行整套计算判断逻辑(如采用步骤s152至步骤s154)，由此可以进一步提高周期的确定效率；
[0056]
3、本发明在将距离测量分辨率提升至纳米级别时，是基于具有重频差的两套光频梳，根据当前实际距离与其在对应光频梳的关系曲线上的周期序号、对应关系曲线的周期大小、对应距离干涉谱中选取的极值点波长以及该波长的相乘系数的等式关系，来确定当前实际距离，本发明在确定当前实际距离时仅涉及极值点波长定位，并不需要基于相位变化量来确定当前实际距离，同样也不需要基于强度信号反推出相位，因此本发明可以避免相位反推过程中引入的强度噪声，从而可以提高当前实际距离的确定准确度；此外，本发明在计算当前实际距离，进行波长定位时，是对拟合后的极值点进行波长定位，波长定位的误差在纳米级，波长定位误差大大降低，因此进一步提高了当前实际距离的确定准确度；由于波长定位分辨率在纳米级，因此本发明根据极值点波长来计算当前实际距离时，也可以使当前实际距离的确定精度达到纳米级；
[0057]
4、本发明在求解相乘系数时，若仅从一个距离干涉谱中选择极值点来建立方程式组，则可能引入频率抖动带来的系统误差，为此本发明从两个距离干涉谱中选择相同个数的极值点来建立方程式组，如此可以消除共模误差，从而减小系统误差，提高相乘系数确定准确度；在将相乘系数代入等式关系中计算当前实际距离时，可以提高当前实际距离确定准确度；本发明是根据上述等式关系计算得出当前测量距离，因此本发明色散干涉测距系统的测量速率主要由光谱仪的刷新帧率限制，在实际应用中如果对测量速率有较高要求，则只需要更换具有较高刷新速率的光谱采集系统即可；
[0058]
5、本发明在选取极值点时，采用对极值点及其附近对应点进行拟合，以拟合后的极值点作为选取的极值点，如此提高极值点确定准确度，相比于只用一个梳齿来确定极值点，本发明采用拟合后的极值点，降低了激光器热噪声对当前实际距离确定造成的影响，提高了当前实际距离确定的准确度。
附图说明
[0059]
图1是本发明准确度高的色散干涉测距方法的一个实施例流程图；
[0060]
图2是本发明其中一条关系曲线中各个周期的区域划分示意图；
[0061]
图3是本发明其中一条关系曲线中各个周期的位置范围划分示意图；
[0062]
图4是本发明设定周期内第一位置和周期内关联第二位置不相同时，该周期内第一位置对应第一差值δl
21
的计算原理示意图；
[0063]
图5是本发明准确度高的色散干涉测距系统的一实施例结构示意图。
具体实施方式
[0064]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
[0065]
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0066]
参见图1，为本发明准确度高的色散干涉测距方法的一个实施例流程图。该准确度高的色散干涉测距方法可以包括：
[0067]
步骤s110、将具有重频差的两套光频梳传输给色散干涉测距系统，每套光频梳在该色散干涉测距系统传输过程中均产生对应的距离干涉谱。
[0068]
本实施例中，光频梳的光谱范围上百纳米，脉冲重复频率为几十ghz，激光器在产生两套具有重频差的光频梳时，可以通过调节腔内温度等方式来对重频差的大小进行调节。
[0069]
步骤s120、分别对两套距离干涉谱进行傅里叶变换，根据傅里叶变化后的干涉谱峰值进行距离粗测量，分别获得当前测量距离l
dpi1
和l
dpi2
。
[0070]
本步骤可以首先按照波长间隔对两套距离干涉谱进行分离，然后再分别对两套距离干涉谱进行傅里叶变换。在根据傅里叶变化的干涉谱峰值进行距离粗测量时，距离干涉谱中的光谱成分越多，干涉谱峰值定位精度就越高。
[0071]
步骤s130、与各套光频梳对应的关系曲线中，其测量距离与实际距离之间的关系均呈周期性变化，针对每条关系曲线，选择该关系曲线中的一个周期作为其设定周期，针对该关系曲线中的每个周期，该设定周期内的每个第一位置均与该周期内对应的第二位置关联，将该设定周期内各个位置在两条关系曲线上的测量距离差值作为第一差值，将该周期内各个位置在该两条关系曲线上的测量距离差值作为第二差值，相对于该设定周期内第一位置对应的第一差值，该周期的序号每增大一个，该周期内关联的第二位置对应的第二差值增加δl，δl为大于0的任意数值。
[0072]
本实施例中，两套光频梳对应的两条关系曲线关系图可以如图2所示，从图中可以看出，每条关系曲线均用于表示测量距离与实际距离之间的关系，其横坐标为实际距离，纵坐标为测量距离，关系曲线1和关系曲线2分别基于第一套光频梳和第二套光频梳获得，该第一套光频梳先于第二套光频梳传输给该色散干涉测距系统。针对每套光频梳对应的关系曲线，在所述关系曲线的每个周期内所述测量距离与实际距离之间均为等腰的三角波关系，每个周期都可以分为两个相对于竖直方向对称的半周期。从图2中还可以看出，随着周期的同步增大，在相同的测量距离下，两条关系曲线中与该测量距离对应的实际距离的差距增大，例如两条关系曲线的第n个周期内，在一个测量距离下，两条关系曲线中对应实际距离为d1，两条关系曲线的第n+1个周期内，在相同测量距离下，两条关系曲线中的实际距离为d2，d2大于d1，其中n为大于0的整数。需要注意的是：本发明中每个位置均用于指代一个实际距离。
[0073]
步骤s140、针对每条关系曲线，根据与该关系曲线对应的当前测量距离l
dpi1
或
l
dpi2
，从该关系曲线的设定周期内查找出与该当前测量距离l
dpi1
或l
dpi2
对应的待定实际距离，确定该待定实际距离在该设定周期内的第一位置以及该设定周期内该第一位置对应的第一差值。
[0074]
步骤s150、针对该关系曲线中的每个周期，确定该周期内与该设定周期内第一位置关联的第二位置，根据该设定周期内该第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl、该设定周期的序号、与该设定周期内第一位置相同的该周期内的第一位置、该周期内关联的第二位置以及所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla，确定当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号。
[0075]
本实施例中，结合图2所示，针对每条关系曲线，可以选择该关系曲线中的设定周期t2作为其设定周期，将该关系曲线中的每个第一三角波，与从另一关系曲线中选择的第二三角波进行关联，将该对关联的三角波中第一三角波的测量距离最大值对应的实际距离，以及第二三角波的测量距离最大值对应的实际距离分别作为第一实际距离和第二实际距离，所述第一实际距离和第二实际距离的差值小于半周期实际距离，该关系曲线和另一关系曲线分别基于第一套光频梳和第二套光频梳获得，该第一套光频梳先于第二套光频梳传输给该色散干涉测距系统。针对该关系曲线中的每个第一三角波，将所述第一三角波和其关联的第二三角波中实际距离最小值之间的区域作为第一区域1，将所述第一区域1与该第一实际距离之间的区域作为第二区域2，将所述第一实际距离与第二实际距离之间的区域作为第三区域3，将所述第二实际距离与该第一三角波的实际距离最大值之间的区域作为第四区域4。
[0076]
从图2中可以看出，随着所述第一三角波对应周期的增大，所述第一区域1和第三区域3的范围逐渐增大，相比于该设定周期，各个周期中所述第一区域1的增大比例各不相同，各个周期中所述第三区域3的增大比例也各不相同；随着所述第一三角波对应周期的增大，所述第二区域2和第四区域4的范围逐渐减小。
[0077]
如图3所示，针对每条关系曲线，设该关系曲线中各个周期在位置坐标系中均对应于相同的位置坐标范围，将该关系曲线的各个周期中范围最小的第一区域1和第三区域3的位置坐标范围，分别作为各个周期的第一位置范围a1和第三位置范围a3，将各个周期中范围最小的第二区域2和第四区域4的位置坐标范围，分别作为各个周期的第二位置范围a2和第四位置范围a4(图3中范围最小的第一区域1、第二区域2、第三区域3和第四区域4的位置均用黑色方块标记)，针对每个周期，将其第一位置范围与第二位置范围之间的区域作为该周期的第五位置范围，将其第三位置范围与第四位置范围之间的区域作为该周期的第六位置范围。结合图2和图3所示，关系曲线l1的所有周期t1至t5中设定周期t2对应的第一区域1的范围最小，因此将该设定周期t2内第一区域1的位置坐标范围，作为该关系曲线l1中各个周期的第一位置范围a1；关系曲线l1的所有周期t1至t5中第一周期t1对应的第三区域3的范围最小，因此将该第一周期t1内第三区域3的位置坐标范围，作为该关系曲线l1中各个周期的第三位置范围a3；关系曲线l1的所有周期t1至t5中第五周期t5对应的第二区域2的范围最小，因此将该第五周期t5内第二区域2的位置坐标范围，作为该关系曲线l1中各个周期的第二位置范围a2；关系曲线l1的所有周期t1至t5中第五周期t5对应的第四区域4的范围最小，因此将第五周期t5内第四区域4的位置坐标范围，作为该关系曲线l1中各个周期的第四位置范围a4。
[0078]
针对该关系曲线中的每个周期，若该待定实际距离在该设定周期的所述第二位置范围或第四位置范围内，则该设定周期内第一位置与该周期内关联的第二位置的位置坐标相同；若该待定实际距离在该设定周期的所述第一位置范围或第三位置范围内，则该设定周期内第一位置的位置坐标乘以与该周期的第一区域或第三区域对应的增大比例，即为该周期内关联的第二位置的位置坐标；若该待定实际距离在该设定周期的第五位置范围或第六位置范围内，则该设定周期内第一位置与该周期内关联的第二位置之间存在以下两种关系之一：该设定周期内第一位置与该周期内关联的第二位置的位置坐标相同；该设定周期内第一位置的位置坐标乘以与该周期的第一区域或第三区域对应的增大比例，即为该周期内关联的第二位置的位置坐标。
[0079]
所述步骤s150具体可以包括：
[0080]
步骤s151、判断该待定实际距离位于该设定周期的第一至第六位置范围中的哪个位置范围，若该待定实际距离在该设定周期的第二位置范围或第四位置范围内，则表示该设定周期内的第一位置与各个周期内关联的第二位置相同，执行步骤s152；若该待定实际距离在该设定周期的第一位置范围或第三位置范围内，则表示该设定周期内的第一位置与各个周期内关联的第二位置不相同，执行步骤s154；若该待定实际距离在该设定周期的第五位置范围或第六位置范围内，则表示该设定周期内的第一位置与各个周期内关联的第二位置可能相同，也可能不相同，执行步骤s152至s154；
[0081]
步骤s152、根据所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla、该设定周期内第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl以及该设定周期的序号，确定当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号；
[0082]
步骤s153、判断该周期序号是否为整数，若为整数，则不做处理，否则，执行步骤s154；
[0083]
步骤s154、针对该关系曲线中的每个周期，根据该设定周期内第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl以及该周期的序号，确定该周期内第二位置对应的第二差值，根据该周期内的第一位置、第二位置以及该周期内第二位置对应的第二差值，确定该周期内第一位置对应的第二差值，判断所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla是否等于该周期内第一位置对应的第二差值，若是，则将该周期的序号作为该当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号，其中该周期和设定周期内的第一位置相同。
[0084]
其中，所述步骤s152具体可以包括：计算出所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla，将该差值δla减去该设定周期内第一位置对应的第一差值后，除以与该关系曲线对应的δl，再加上该设定周期的序号，得到该当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号。周期序号k的计算公式可以表示为：k＝(δla-该设定周期内第一位置对应的第一差值)/δl+该设定周期的序号。
[0085]
所述步骤s154具体可以包括：
[0086]
步骤s101、设该关系曲线中各个周期在位置坐标系中均对应于相同的位置坐标范围，且该位置坐标系以各个周期的实际距离最小值为零点；
[0087]
步骤s102、针对该关系曲线中的每个周期，将该设定周期内第一位置的位置坐标x1乘以该周期对应的增大比例，得到该周期内关联的第二位置的位置坐标x2，该设定周期内第一位置的位置坐标x1即为该周期内第一位置的位置坐标，其中当该待定实际距离在该设
定周期的第一位置范围和第五位置范围内时，该位置坐标x1乘以与该周期的第一区域对应的增大比例，当该待定实际距离在该设定周期的第三位置范围和第六位置范围内时，该位置坐标x1乘以与该周期的第三区域对应的增大比例；从该两条关系曲线在该周期内的两个相交点中，选取与该位置坐标x1和x2最近的一个相交点，将选择的相交点的位置坐标设为x3；
[0088]
步骤s103、按照以下公式计算出该周期内第二位置对应的第二差值δl
22
：
[0089]
δl
22
＝该周期的序号*δl+该设定周期内第一位置对应第一差值δl
11
；
[0090]
步骤s164、按照以下公式计算出该周期内第一位置对应的第二差值δl
21
：
[0091][0092]
步骤s105、判断所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla是否等于该周期内第一位置对应的第二差值δl
21
，若是，则将该周期的序号作为该当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号。
[0093]
步骤s160、分别确定出当前实际距离在两条关系曲线中的周期序号k1和k2后，根据该确定的周期序号k1或k2，确定所述当前实际距离。
[0094]
设第一条关系曲线中每个周期内实际距离为l
pp1
/2时对应的测量距离峰值为l
max1
，第二条关系曲线中每个周期内实际距离为l
pp2
/2时对应的测量距离峰值为l
max2
；所述步骤s160具体可以包括：
[0095]
步骤s161、判断所述当前测量距离l
dpi1
是否等于0或l
max1
，若是，则执行步骤s162，否则，从该第一条关系曲线的第k1个周期中查找出与所述当前测量距离l
dpi1
对应的当前实际距离；
[0096]
步骤s163、从该第二条关系曲线的第k2个周期中查找出与所述当前测量距离l
dpi2
对应的当前实际距离。
[0097]
由上述实施例可见，本发明针对每条关系曲线，将该关系曲线中设定周期内的每个第一位置与该关系曲线中各个周期内对应的第二位置关联，使得该周期的序号每增大一个，相比于该设定周期内第一位置在两条关系曲线上的测量距离差值，该周期内关联的第二位置在两条关系曲线上的测量距离差值增加δl，在确定当前实际距离所在周期时，不需要另外设置辅助装置，只需要首先从该关系曲线的设定周期内查找出与获得的当前测量距离对应待定实际距离，从而确定该待定实际距离在该设定周期内的第一位置以及该设定周期内第一位置对应的第一差值，然后根据该设定周期内该第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl、该设定周期的序号、与该设定周期内第一位置相同的该周期内的第一位置、该周期内关联的第二位置以及所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla，确定当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号，本发明解决了周期模糊问题，且结构更加简单；此外，本发明在查找出该待定实际距离后，并不是通过将该所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla与各个周期内该待定实际距离对应的测量距离差值进行逐一查询对比，来获得当前实际距离所在周期，而是只对设定周期内与该待定实际距离对应的第一位置以及该第一位置对应的测量距离差值进行查询确定，此后根据设计的计算判断逻辑来确定当前实际距离所在周期，可见本发明周期确定效率更高。
[0098]
由于本发明确定出了当前实际距离所在周期，当前实际距离确定准确度，因此在该周期内查找与当前测量距离对应的当前实际距离，可以提高当前实际距离确定准确度；此外，由于本发明有两条关系曲线，当其中一条关系曲线上当前测量距离位于周期的起始点、结束点和转折点处时，选择另一条关系曲线，根据该另一条关系曲线上的当前测量距离，确定当前实际距离，由此本发明在根据关系曲线确定当前实际距离时，可以完全避免利用关系曲线中周期起始点、结束点和转折点处比较模糊的关系，来确定当前实际距离，从而可以进一步提高当前实际距离确定准确度。
[0099]
另外，本发明将关系曲线的每个周期都分成六个位置范围，根据待定实际距离所在位置范围，采用对应的计算判断逻辑(如采用步骤s152或步骤s154或步骤s152至步骤s154)来对当前实际距离所在周期进行确定，而不是无论待定实际距离所处位置如何，都运行整套计算判断逻辑(如采用步骤s152至步骤s154)，由此可以进一步提高周期的确定效率。
[0100]
在上述实施例中，在根据当前测量距离，从关系曲线中查找出对应的当前实际距离时，受限于光源有限的光谱范围，以百纳米的光谱范围为例，只能达到十几微米的分辨力。目前，虽然可以通过拟合和结合零差干涉的方式来提高测量精度，但同时会引入强度抖动和共模噪声带来的测量误差。
[0101]
为了在提高测量精度的同时，避免引入强度抖动和共模噪声带来的测量误差，上述步骤s160具体还可以包括：
[0102]
步骤s201、所述当前实际距离与其在对应关系曲线上的周期序号、对应关系曲线的周期大小、对应距离干涉谱中选取的极值点波长以及该波长的相乘系数存在等式关系，根据所述当前实际距离分别在两套光频梳对应关系曲线上的周期序号k1和k2、两条关系曲线对应周期大小l
pp1
和l
pp2
、从第一光频梳对应第一距离干涉谱中选取的k个极值点的波长以及每个波长的相乘系数、从第二光频梳对应第一距离干涉谱中选取的k个极值点的波长以及每个波长的相乘系数，基于所述等式关系建立2k个方程式，求解得出对应相乘系数，k为大于1的整数。
[0103]
本步骤中，由于光频梳在频率上是离散的，为了避免测量死区，通常采用梳齿间距较大的光频梳作为测量光源，如此光频梳对应的距离干涉谱也为离散的。所述步骤s201中，针对每套光频梳对应的距离干涉谱，可以按照以下步骤选取该距离干涉谱中的极值点：
[0104]
确定该距离干涉谱中采集到的k个极大值或极小值；
[0105]
针对确定的每个极值点，对该极值点及其附近对应的点进行拟合，获得拟合后的极值点，以该拟合后的极值点作为选取的极值点。
[0106]
本发明在选取极值点时，采用对极值点及其附近对应点进行拟合，以拟合后的极值点作为选取的极值点，如此提高极值点确定准确度，相比于只用一个梳齿来确定极值点，本发明采用拟合后的极值点，降低了激光器热噪声对当前实际距离确定造成的影响，提高了当前实际距离确定的准确度。
[0107]
另外，所述步骤s201中，所述当前实际距离与其在对应关系曲线上的周期序号、对应关系曲线的周期大小、对应距离干涉谱中选取的极值点波长以及该波长的相乘系数存在的等式关系为：当前实际距离la＝对应关系曲线上的周期序号*对应关系曲线的周期大小+对应距离干涉谱中选取的极值点波长*该波长的相乘系数；所述步骤s201具体可以包括：
[0108]
从第一光频梳对应第一距离干涉谱中选取2个极大值点或极小值点，并确定2个极大值点或极小值点的波长λ
11
和λ
12
，波长λ
11
和λ
12
的相乘系数分别为m
11
和m
12
，从第二光频梳对应第二距离干涉谱中选取2个极大值点或极小值点，并确定2个极大值点或极小值点的波长λ
21
和λ
22
，波长λ
21
和λ
22
的相乘系数分别为m
21
和m
22
，
[0109]
基于所述等式关系建立如下4个方程式：
[0110]
k1*l
pp1
+m
11
*λ
11
＝k2*l
pp2
+m
21
*λ
21
[0111]
k1*l
pp1
+m
11
*λ
11
＝k2*l
pp2
+m
22
*λ
22
[0112]
k1*l
pp1
+m
12
*λ
12
＝k2*l
pp2
+m
21
*λ
21
[0113]
k1*l
pp1
+m
12
*λ
12
＝k2*l
pp2
+m
22
*λ
22
；
[0114]
对所述4个方程式联立求解，获得相乘系数m
11
，m
12
，m
21
，m
22
。
[0115]
本发明在求解相乘系数时，若仅从一个距离干涉谱中选择极值点来建立方程式组，则可能引入频率抖动带来的系统误差，为此本发明从两个距离干涉谱中选择相同个数的极值点来建立方程式组，如此可以消除共模误差，从而减小系统误差，提高相乘系数确定准确度；在将相乘系数代入等式关系中计算当前实际距离时，可以提高当前实际距离确定准确度。
[0116]
步骤s202、将求解得出的相乘系数代入所述等式关系中，计算出所述当前实际距离。所述步骤s202具体可以包括：
[0117]
根据公式la＝k1*l
pp1
+m
11
*λ
11
，计算出所述当前实际距离la。
[0118]
零差干涉需要通过判断某一波长下的相位变化量来将距离测量分辨率提升至纳米级别。本发明在将距离测量分辨率提升至纳米级别时，是基于具有重频差的两套光频梳，根据当前实际距离与其在对应光频梳的关系曲线上的周期序号、对应关系曲线的周期大小、对应距离干涉谱中选取的极值点波长以及该波长的相乘系数的等式关系，来确定当前实际距离，本发明在确定当前实际距离时仅涉及极值点波长定位，并不需要基于相位变化量来确定当前实际距离，同样也不需要基于强度信号反推出相位，因此本发明可以避免相位反推过程中引入的强度噪声，从而可以提高当前实际距离的确定准确度；此外，本发明在计算当前实际距离，进行波长定位时，是对拟合后的极值点进行波长定位，波长定位的误差在纳米级，波长定位误差大大降低，因此进一步提高了当前实际距离的确定准确度；由于波长定位分辨率在纳米级，因此本发明根据极值点波长来计算当前实际距离时，也可以使当前实际距离的确定精度达到纳米级。本实施例中，色散干涉测距系统的分辨率主要由光源的光谱范围决定，光谱范围越宽测距分辨率越高，理论上对于具有上百nm光谱范围的光频梳来讲，其测距分辨率可达几微米。由于所采用的光频梳的重频很高，其对应的l
pp
较小，此时示波器的分辨率足以满足。该测距系统的理论测量范围仅受限于光频梳的线宽，对于十几hz线宽的光频梳，其测量距离可达上百公里。本发明是根据上述等式关系计算得出当前测量距离，因此本发明色散干涉测距系统的测量速率主要由光谱仪的刷新帧率限制，在实际应用中如果对测量速率有较高要求，则只需要更换具有较高刷新速率的光谱采集系统即可。
[0119]
另外，本发明可以通过对两套光频梳的重频差大小进行调节，来调节测量范围，其中所述重频差越小，所述测量范围的测量下限越低，在对两套光频梳的重频差大小进行调节时，δl应大于或者等于预设的测量误差。对于短距离的高精度测量，可以根据测量的要
求，将两套梳齿的重频差调整到比较小的尺度，从而满足在近距离对距离测量的需求。
[0120]
本发明准确度高的色散干涉测距系统可以包括依次相连的激光器和色散干涉测距系统，所述激光器将具有重频差的两套光频梳传输给色散干涉测距系统。所述色散干涉测距离系统可以包括第一准直器、分束器、参考镜、测量镜、第二准直器和光谱仪，其中针对每套光频梳，该套光频梳经该第一准直器准直后被传输给该分束器，所述分束器将该套光频梳分成两路，分别作为参考光和测量光传输给该参考镜和测量镜，参考镜和测量镜分别将反射光返回给该分束器，参考镜和测量镜返回的反射光在该分束器处发生干涉，产生干涉光信号；所述分束器将所述干涉光信号传输给该第二准直器，经该第二准直器准直后传输给该光谱仪，以使所述光谱仪获得对应距离干涉谱。其中，第二准直器和光谱仪可以由第光栅和高速线阵ccd所替代，光栅用于接收干涉信号，输出端连接高速线阵ccd的输入端，高速线阵ccd的输出端连接光谱仪。
[0121]
在一个例子中，中心波长为1560nm，光谱带宽为100nm，重复频率为50ghz和50.ghz的双光频梳，经过第一准直器后，由80:20的分束器分成两路。功率低的一路用作参考光，功率高的一路作为测量光，直接照射到测量镜上，测量镜的反射光和参考镜的反射光原路返回后在分束器处相遇，从而产生干涉光信号。干涉光经过第二准直器耦合到光纤后由光谱仪进行信号的采集和存储。由于参考臂和信号臂的两路光信号存在光程差，反映到光谱上则是干涉光谱的fsr的疏密程度不同。通过上述测量方式，即可进行纳米级分辨率，长距离的距离测量。
[0122]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0123]
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来管制。

技术特征：
1.一种准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，包括：步骤s110、将具有重频差的两套光频梳传输给色散干涉测距系统，每套光频梳在该色散干涉测距系统传输过程中均产生对应的距离干涉谱；步骤s120、分别对两套距离干涉谱进行傅里叶变换，根据傅里叶变化后的干涉谱峰值进行距离粗测量，分别获得当前测量距离l
dpi1
和l
dpi2
；步骤s130、与各套光频梳对应的关系曲线中，其测量距离与实际距离之间的关系均呈周期性变化，针对每条关系曲线，选择该关系曲线中的一个周期作为其设定周期，针对该关系曲线中的每个周期，该设定周期内的每个第一位置均与该周期内对应的第二位置关联，将该设定周期内各个位置在两条关系曲线上的测量距离差值作为第一差值，将该周期内各个位置在该两条关系曲线上的测量距离差值作为第二差值，相对于该设定周期内第一位置对应的第一差值，该周期的序号每增大一个，该周期内关联的第二位置对应的第二差值增加δl，δl为大于0的任意数值；步骤s140、针对每条关系曲线，根据与该关系曲线对应的当前测量距离l
dpi1
或l
dpi2
，从该关系曲线的设定周期内查找出与该当前测量距离l
dpi1
或l
dpi2
对应的待定实际距离，确定该待定实际距离在该设定周期内的第一位置以及该设定周期内该第一位置对应的第一差值；步骤s150、针对该关系曲线中的每个周期，确定该周期内与该设定周期内第一位置关联的第二位置，根据该设定周期内该第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl、该设定周期的序号、与该设定周期内第一位置相同的该周期内的第一位置、该周期内关联的第二位置以及所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla，确定当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号；步骤s160、分别确定出当前实际距离在两条关系曲线中的周期序号k1和k2后，根据该确定的周期序号k1或k2，确定所述当前实际距离。2.根据权利要求1所述的准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，针对每套光频梳对应的关系曲线，在所述关系曲线的每个周期内所述测量距离与实际距离之间均为等腰的三角波关系；所述关系曲线的横坐标为实际距离，纵坐标为测量距离；针对每条关系曲线，将该关系曲线中的每个第一三角波，与从另一关系曲线中选择的第二三角波进行关联，将该对关联的三角波中第一三角波的测量距离最大值对应的实际距离，以及第二三角波的测量距离最大值对应的实际距离分别作为第一实际距离和第二实际距离，所述第一实际距离和第二实际距离的差值小于半周期实际距离，该关系曲线和另一关系曲线分别基于第一套光频梳和第二套光频梳获得，该第一套光频梳先于第二套光频梳传输给该色散干涉测距系统；针对该关系曲线中的每个第一三角波，将所述第一三角波和其关联的第二三角波中实际距离最小值之间的区域作为第一区域，将所述第一区域与该第一实际距离之间的区域作为第二区域，将所述第一实际距离与第二实际距离之间的区域作为第三区域，将所述第二实际距离与该第一三角波的实际距离最大值之间的区域作为第四区域；随着所述第一三角波对应周期的增大，所述第一区域和第三区域的范围逐渐增大，相比于该设定周期，各个周期中所述第一区域的增大比例各不相同，各个周期中所述第三区域的增大比例也各不相同；随着所述第一三角波对应周期的增大，所述第二区域和第四区
域的范围逐渐减小；针对每条关系曲线，设该关系曲线中各个周期在位置坐标系中均对应于相同的位置坐标范围，将该关系曲线的各个周期中范围最小的第一区域和第三区域的位置坐标范围，分别作为各个周期的第一位置范围和第三位置范围，将各个周期中范围最小的第二区域和第四区域的位置坐标范围，分别作为各个周期的第二位置范围和第四位置范围，针对每个周期，将其第一位置范围与第二位置范围之间的区域作为该周期的第五位置范围，将其第三位置范围与第四位置范围之间的区域作为该周期的第六位置范围；针对该关系曲线中的每个周期，若该待定实际距离在该设定周期的所述第二位置范围或第四位置范围内，则该设定周期内第一位置与该周期内关联的第二位置的位置坐标相同；若该待定实际距离在该设定周期的所述第一位置范围或第三位置范围内，则该设定周期内第一位置的位置坐标乘以与该周期的第一区域或第三区域对应的增大比例，即为该周期内关联的第二位置的位置坐标；若该待定实际距离在该设定周期的第五位置范围或第六位置范围内，则该设定周期内第一位置与该周期内关联的第二位置之间存在以下两种关系之一：该设定周期内第一位置与该周期内关联的第二位置的位置坐标相同；该设定周期内第一位置的位置坐标乘以与该周期的第一区域或第三区域对应的增大比例，即为该周期内关联的第二位置的位置坐标。3.根据权利要求2所述的准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，所述步骤s150具体包括：步骤s151、判断该待定实际距离位于该设定周期的第一至第六位置范围中的哪个位置范围，若该待定实际距离在该设定周期的第二位置范围或第四位置范围内，则表示该设定周期内的第一位置与各个周期内关联的第二位置相同，执行步骤s152；若该待定实际距离在该设定周期的第一位置范围或第三位置范围内，则表示该设定周期内的第一位置与各个周期内关联的第二位置不相同，执行步骤s154；若该待定实际距离在该设定周期的第五位置范围或第六位置范围内，则表示该设定周期内的第一位置与各个周期内关联的第二位置可能相同，也可能不相同，执行步骤s152至s154；步骤s152、根据所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla、该设定周期内第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl以及该设定周期的序号，确定当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号；步骤s153、判断该周期序号是否为整数，若为整数，则不做处理，否则，执行步骤s154；步骤s154、针对该关系曲线中的每个周期，根据该设定周期内第一位置对应的第一差值、与该关系曲线对应的δl以及该周期的序号，确定该周期内第二位置对应的第二差值，根据该周期内的第一位置、第二位置以及该周期内第二位置对应的第二差值，确定该周期内第一位置对应的第二差值，判断所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla是否等于该周期内第一位置对应的第二差值，若是，则将该周期的序号作为该当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号，其中该周期和设定周期内的第一位置相同。4.根据权利要求3所述的准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，所述步骤s152具体包括：计算出所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla，将该差值δla减去该设定周期内第一位置对应的第一差值后，除以与该关系曲线对应的δl，再加上该设定周期的序号，得到该当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号。
5.根据权利要求3所述的准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，所述步骤s154具体包括：步骤s101、设该关系曲线中各个周期在位置坐标系中均对应于相同的位置坐标范围，且该位置坐标系以各个周期的实际距离最小值为零点；步骤s102、针对该关系曲线中的每个周期，将该设定周期内第一位置的位置坐标x1乘以该周期对应的增大比例，得到该周期内关联的第二位置的位置坐标x2，该设定周期内第一位置的位置坐标x1即为该周期内第一位置的位置坐标，其中当该待定实际距离在该设定周期的第一位置范围和第五位置范围内时，该位置坐标x1乘以与该周期的第一区域对应的增大比例，当该待定实际距离在该设定周期的第三位置范围和第六位置范围内时，该位置坐标x1乘以与该周期的第三区域对应的增大比例；从该两条关系曲线在该周期内的两个相交点中，选取与该位置坐标x1和x2最近的一个相交点，将选择的相交点的位置坐标设为x3；步骤s103、按照以下公式计算出该周期内第二位置对应的第二差值δl
22
：δl
22
＝该周期的序号*δl+该设定周期内第一位置对应第一差值δl
11
；步骤s164、按照以下公式计算出该周期内第一位置对应的第二差值δl
21
：步骤s105、判断所述当前测量距离l
dpi1
与l
dpi2
的差值δla是否等于该周期内第一位置对应的第二差值δl
21
，若是，则将该周期的序号作为该当前实际距离在该关系曲线上所处的周期序号。6.根据权利要求1所述的准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，设第一条关系曲线中每个周期内实际距离为l
pp1
/2时对应的测量距离峰值为l
max1
，第二条关系曲线中每个周期内实际距离为l
pp2
/2时对应的测量距离峰值为l
max2
；所述步骤s160具体包括：步骤s161、判断所述当前测量距离l
dpi1
是否等于0或l
max1
，若是，则执行步骤s162，否则，从该第一条关系曲线的第k1个周期中查找出与所述当前测量距离l
dpi1
对应的当前实际距离；步骤s163、从该第二条关系曲线的第k2个周期中查找出与所述当前测量距离l
dpi2
对应的当前实际距离。7.根据权利要求1所述的准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，所述步骤s160具体包括：步骤s201、所述当前实际距离与其在对应关系曲线上的周期序号、对应关系曲线的周期大小、对应距离干涉谱中选取的极值点波长以及该波长的相乘系数存在等式关系，根据所述当前实际距离分别在两套光频梳对应关系曲线上的周期序号k1和k2、两条关系曲线对应周期大小l
pp1
和l
pp2
、从第一光频梳对应第一距离干涉谱中选取的k个极值点的波长以及每个波长的相乘系数、从第二光频梳对应第一距离干涉谱中选取的k个极值点的波长以及每个波长的相乘系数，基于所述等式关系建立2k个方程式，求解得出对应相乘系数，k为大于1的整数；步骤s202、将求解得出的相乘系数代入所述等式关系中，计算出所述当前实际距离。
8.根据权利要求1所述的准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，所述步骤s201中，所述当前实际距离与其在对应关系曲线上的周期序号、对应关系曲线的周期大小、对应距离干涉谱中选取的极值点波长以及该波长的相乘系数存在的等式关系为：当前实际距离la＝对应关系曲线上的周期序号*对应关系曲线的周期大小+对应距离干涉谱中选取的极值点波长*该波长的相乘系数；所述步骤s201具体包括：从第一光频梳对应第一距离干涉谱中选取2个极大值点或极小值点，并确定2个极大值点或极小值点的波长λ
11
和λ
12
，波长λ
11
和λ
12
的相乘系数分别为m
11
和m
12
，从第二光频梳对应第二距离干涉谱中选取2个极大值点或极小值点，并确定2个极大值点或极小值点的波长λ
21
和λ
22
，波长λ
21
和λ
22
的相乘系数分别为m
21
和m
22
，基于所述等式关系建立如下4个方程式：k1*l
pp1
+m
11
*λ
11
＝k2*l
pp2
+m
21
*λ
21
k1*l
pp1
+m
11
*λ
11
＝k2*l
pp2
+m
22
*λ
22
k1*l
pp1
+m
12
*λ
12
＝k2*l
pp2
+m
21
*λ
21
k1*l
pp1
+m
12
*λ
12
＝k2*l
pp2
+m
22
*λ
22
；对所述4个方程式联立求解，获得相乘系数m
11
，m
12
，m
21
，m
22
。所述步骤s202具体包括：根据公式la＝k1*l
pp1
+m
11
*λ
11
，计算出所述当前实际距离la。9.根据权利要求1所述的准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，所述步骤s201中，针对每套光频梳对应的距离干涉谱，按照以下步骤选取该距离干涉谱中的极值点：确定该距离干涉谱中采集到的k个极大值或极小值；针对确定的每个极值点，对该极值点及其附近对应的点进行拟合，获得拟合后的极值点，以该拟合后的极值点作为选取的极值点。10.根据权利要求1所述的准确度高的色散干涉测距方法，其特征在于，通过对两套光频梳的重频差大小进行调节，来调节测量范围，其中所述重频差越小，所述测量范围的测量下限越低，在对两套光频梳的重频差大小进行调节时，δl应大于或者等于预设的测量误差。

技术总结
本发明提供一种准确度高的色散干涉测距方法，将具有重频差的两套光频梳传输给色散干涉测距系统，产生对应的距离干涉谱；分别对两套距离干涉谱进行处理，获得当前测量距离L


技术研发人员：王金栋 黄景晟 朱涛
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/12