本申请涉及光电精密测量与光信息处理，特别是涉及一种梳模间微波光子等效降频的光频梳测距方法及装置。
背景技术：
1、光频梳是在时域表现为飞秒量级脉宽的连续激光脉冲，在频域表现为严格等间距的激光纵模，成梳齿状。光频梳有两个重要参数，一个为相邻纵模频率间隔为重复频率，另一个为载波包络频移，这两个微波频率既可以锁定到高稳定的时频基准上，一旦锁定，光频梳即成为一把精密的尺子。光频梳不仅实现了光学频率的精密测量及其与微波频率的对接，而且带来了距离测量技术的革新，通过在经典的脉冲飞行时间法测距的基础上引入光学相干技术，完美地解决了高精度测距和绝对测距的突出矛盾，为实现高精度绝对距离测量提供了许多新方法。其中，基于光频梳模间拍频的合成波长法，以其系统结构简单、载波包络偏移频率不需要锁定、不存在测量盲区和可直接探测等优点，具有广阔的应用前景。
2、然而，传统的基于光频梳模间拍频的合成波长法，受限于模间拍频探测带宽有限和跨梳齿能量效率低等限制，不仅系统成本高，而且测量精度达到几微米至几十微米量级。为了获得距离值的高分辨率细分，所使用的模间拍频信号一般要达到ghz甚至thz量级，这不仅要求高带宽和高灵敏的光电探测器，而且电子信号处理也在高频波段，处理也噪声比较大。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供解决目前基于光频梳进行距离测量时器件要求高问题的一种梳模间微波光子等效降频的光频梳测距方法及装置。
2、一种梳模间微波光子等效降频的光频梳测距方法，所述方法包括：
3、通过光频梳光源产生光频梳信号；所述光频梳信号光谱包括多条梳齿，梳齿信号光学相干，每条梳齿对应幅值系数；
4、发射所述光频梳信号后分光为两路，其中一路传输至待测距离的反射目标后，得到测量路的测量光频梳信号，另一路为参考路的参考信号；
5、采用电光调制器对所述测量光频梳信号和参考信号分别进行相位或强度调制，得到调制光频梳信号；所述调制光频梳信号中每条梳齿均调节得到多阶边带；
6、当所述调制光频梳信号中的一条边带跨越多条梳齿，与原光频梳的对应目标梳齿发生干涉，并通过光电探测器获取拍频干涉信号得到目标低频信号；
7、将所述参考路和测量路目标低频信号进行相位测量以及相位解算，得到与反射目标的距离。
8、在其中一个实施例中，还包括：所述光频梳信号为：
9、；
10、其中，为光频梳中心波长的幅值和频率，为光频梳第根梳齿相较于中心波长的幅值系数，为整数；为光频梳的重复频率；
11、发射所述光频梳信号至待测距离的反射目标后，得到测量光频梳信号为：
12、；
13、其中，为待测距离。
14、在其中一个实施例中，还包括：
15、采用电光调制器对所述测量光频梳信号进行光电调制，得到调制光频梳信号，所述调制光频梳信号第条梳齿的第阶边带为：
16、；
17、其中，为表示相位调制器第阶边带幅值的贝塞尔系数；为电光调制深度；为调制器的微波驱动频率。
18、在其中一个实施例中，还包括：
19、当所述调制光频梳信号中的一条边带跨越多条梳齿，与原光频梳的对应目标梳齿发生干涉，并通过光电探测器获取拍频干涉信号得到目标低频信号为：
20、；
21、其中，所述目标低频信号为调制后的 a阶边带跨越原光频梳的 b条梳齿进行微波光子等效降频，所述目标低频信号的等效合成波长为：
22、；
23、所述目标低频信号的频率为：
24、；
25、值为百khz量级至mhz量级。
26、在其中一个实施例中，还包括：将所述目标低频信号进行相位测量以及相位解算，得到与反射目标的距离为：
27、；
28、其中，为整数倍相位；为小数相位，由相位测量单元测得的相位测量值得到，且满足转换关系。
29、一种梳模间微波光子等效降频的光频梳测距装置，用于实现上述梳模间微波光子等效降频的光频梳测距方法，所述装置包括：光频梳光源、双臂光路模块、微波光子等效降频单元、光电探测单元、信号处理单元以及距离解算单元；
30、所述光频梳光源产生光频梳信号输出至双臂光路模块，经由所述双臂光路模块的光频梳信号其中一路输出至待测距离的反射目标后，将所述反射目标的距离信息加载在所述光频梳信号上，作为测量信号输入至微波光子等效降频单元中，另一路光频梳信号作为参考信号输出至微波光子等效降频单元中；
31、测量信号和参考信号均通过所述微波光子等效降频单元对所述光频梳信号进行微波光子下变频，由所述光电探测单元探测后得到目标低频信号，所述信号处理单元分别对测量信号和参考信号对应的所述目标低频信号进行处理，所述距离解算单元用于对所述测量路和参考路的目标低频信号进行采样以及距离解算。
32、在其中一个实施例中，所述光频梳光源包括：微腔光频梳、光纤锁模光频梳和电光光频梳；当所述光频梳光源为微腔光频梳时，所述微波光子等效降频单元为电光调制器或者电光光频梳；当所述光频梳光源为光纤锁模光频梳时，所述微波光子等效降频单元为电光调制器或者电光光频梳；当所述光频梳光源为电光光频梳时，所述微波光子等效降频单元为电光调制器或者电光光频梳。
33、在其中一个实施例中，所述光电探测单元包括光电探测器，所述信号处理单元包括：射频放大器和滤波器；所述距离解算单元包括：相位计和上位机；所述光电探测器对低频的光频梳信号进行光电转换，得到目标低频信号，所述信号处理单元对所述目标低频信号进行放大滤波和数模转换，通过所述距离解算单元得到与反射目标的距离。
34、在其中一个实施例中，所述双臂光路模块的输入端和输出端均设置准直器，并且通过偏振分光棱镜实现分光，或者，所述双臂光路模块通过光纤分束实现分光。
35、在其中一个实施例中，所述光频梳光源的输出端还连接掺饵光纤放大器，所述掺饵光纤放大器用于对所述光频梳光源输出的光频梳信号进行放大。
36、上述一种梳模间微波光子等效降频的光频梳测距方法及装置，将载有距离信息的光频梳信号进行电光调制，通过微波光子等效降频将ghz甚至thz相邻梳模或跨梳齿间的拍频降为khz至mhz量级，进而直接使用普通光电探测和进行相位测量处理，最终实现高精度距离测量。本发明解决传统光梳模间拍频合成波长测距精度不足问题，运用微波光子下变频技术进行光梳信号下变频原理的研究，可以降低对探测器功能特性的要求，减小高频噪声以及信号处理难度，极大降低系统成本，推动高精度光频梳测距的工程化应用。
1.一种梳模间微波光子等效降频的光频梳测距方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发射所述光频梳信号至待测距离的反射目标后，得到测量光频梳信号，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用微波光子等效降频单元对所述测量光频梳信号进行相位或强度调制，得到调制光频梳信号，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述调制光频梳信号中的一条边带跨越多条梳齿，与原光频梳的对应目标梳齿发生干涉，并通过光电探测器获取拍频干涉信号得到目标低频信号，包括：
5.据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述目标低频信号进行相位测量以及相位解算，得到与反射目标的距离，包括：
6.一种梳模间微波光子等效降频的光频梳测距装置，其特征在于，用于实现权利要求1至5任一项所述的梳模间微波光子等效降频的光频梳测距方法，所述装置包括：光频梳光源、双臂光路模块、微波光子等效降频单元、光电探测单元、信号处理单元以及距离解算单元；
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光频梳光源包括：微腔光频梳、光纤锁模光频梳和电光光频梳；
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，
9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述双臂光路模块的输入端和输出端均设置准直器，并且通过分光棱镜实现分光；
10.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述光频梳光源的输出端还连接掺饵光纤放大器，所述掺饵光纤放大器用于对所述光频梳光源输出的光频梳信号进行放大。
