一种光载微波干涉测距系统及其测试方法

技术特征：
1.一种光载微波干涉测距系统，其特征在于，包括：光载微波形成单元、干涉单元、耦合单元和扫频单元，其中：所述光载微波形成单元，用于将所述扫频单元发射的微波信号调制到宽带光源上，形成光载微波；所述干涉单元，与所述光载微波形成单元连接，用于将光载微波形成测量光和参考光，并根据测量光和参考光形成干涉后的光载微波；所述耦合单元，与所述干涉单元连接，用于测量所述干涉后的光载微波的光电流幅度；所述扫频单元，分别与所述光载微波形成单元、所述耦合单元连接，用于进行步进扫频，生成不同频点的微波信号，并根据干涉形成的光电流幅度，确定被测物与干涉单元中的准直器之间的距离。2.根据权利要求1所述的光载微波干涉测距系统，其特征在于，所述光载微波形成单元包括依次连接的宽带光源、电光调制器、光放大器，其中：所述宽带光源，用于发射光载波，形成宽带光源；所述电光调制器，用于将所述扫频单元发射的不同频点的微波信号调制到所述宽带光源，形成调制信号；所述光放大器，用于对所述调制信号进行放大，形成所述光载微波。3.根据权利要求1所述的光载微波干涉测距系统，其特征在于，所述干涉单元包括依次连接的环形器、光纤光栅、准直器，其中：所述环形器，用于将所述光载微波通过其中一个端口发送至所述光纤光栅，形成发射信号；所述光纤光栅，用于将所述发射信号反射，形成所述参考光；所述准直器，用于将所述发射信号发射到自由空间，被测物体的反射光通过准直器返回光纤，形成测量光，与所述参考光发生干涉，形成所述干涉后的光载微波。4.根据权利要求1所述的光载微波干涉测距系统，其特征在于，所述耦合单元包括与环形器连接的耦合器，与所述耦合器分别连接的光谱仪和光电探测器，以及与所述光电探测器连接的频谱分析仪，其中：所述耦合器，用于将所述干涉后的光载微波分成第一路信号和第二路信号；所述光谱仪，用于根据所述第一路信号，检测光纤光栅的中心波长，实现环境温度的监测；所述光电探测器，用于根据所述第二路信号转换为光电流信号；所述频谱分析仪，用于测量所述光电流信号的幅度，确定所述光电流幅度。5.根据权利要求1所述的光载微波干涉测距系统，其特征在于，所述扫频单元包括相互连接的可调谐微波源和数据处理中心，其中：所述可调谐微波源，用于进行步进扫频，生成不同频点的微波信号；所述数据处理中心，与所述耦合单元的频谱分析仪连接，用于根据干涉形成的所述光电流幅度，确定被测物与干涉单元中的准直器之间的距离。6.根据权利要求3所述的光载微波干涉测距系统，其特征在于，调整所述准直器与所述光纤光栅的距离，使两路光载微波信号的光程差大于宽带载波光源的相干长度，而小于微波源的相干长度。
7.根据权利要求3所述的光载微波干涉测距系统，其特征在于，所述光纤光栅还用于实现温度补偿。8.一种光载微波干涉测距系统的测试方法，其特征在于，基于根据权利要求1至7任一项所述的光载微波干涉测距系统，包括：获取干涉形成的光电流幅度；根据所述光电流幅度，确定被测物与干涉单元中的准直器之间的距离。9.根据权利要求8所述的光载微波干涉测距系统的测试方法，其特征在于，所述根据所述光电流幅度，确定被测物与干涉单元中的准直器之间的距离，包括：根据所述光电流幅度，确定微波信号频率；根据所述微波信号频率，以及光纤光栅、准直器的相对折射率，确定所述被测物与干涉单元中的准直器之间的距离。10.根据权利要求9所述的光载微波干涉测距系统的测试方法，其特征在于，所述根据所述微波信号频率，以及光纤光栅、准直器的相对折射率，确定所述被测物与干涉单元中的准直器之间的距离，通过如下公式表示：其中，l0表示所述光纤光栅与准直器之间的距离；按照所述微波信号从小到大的顺序，f
k
表示光电流幅度的第k个波谷所对应的微波信号频率，k表示正整数；n
a
表示空气的相对折射率，n
g
表示光纤光栅到准直器之间的光纤纤芯的相对折射率，c表示真空中的光速。

技术总结
本发明涉及一种光载微波干涉测距系统及其测试方法，系统包括：光载微波形成单元，用于将扫频单元发射的微波信号调制到宽带光源上，形成光载微波；干涉单元，用于将光载微波形成测量光和参考光，并根据测量光和参考光形成干涉后的光载微波；耦合单元，与干涉单元连接，用于测量干涉后的光载微波的光电流幅度；扫频单元，分别与光载微波形成单元、耦合单元连接，用于步进扫频，生成不同频点的微波信号，并根据干涉形成的光电流幅度，确定被测物与干涉单元中的准直器之间的距离。本发明利用光纤光栅作为参考面，通过光谱仪检测光纤光栅的中心波长变化的方式测量温度，减小温度对测距的影响，低成本实现高精度、大范围的空间距离测量。大范围的空间距离测量。大范围的空间距离测量。


技术研发人员：周次明 徐培源 杨彧 范典
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2022.07.28
技术公布日：2022/11/11