双边缘相位调制激光多普勒测速系统及测速方法

摘要

双边缘相位调制激光多普勒测速系统及测速方法，涉及多普勒测速技术。本发明是为了解决现有的相位调制激光多普勒测速系统，无法同时利用信号光一倍调制频率拍频信号相位中的多普勒频移信息以及无法充分利用全部回波信号光中的多普勒频移信息的问题。本发明利用偏振分光棱镜，将回波信号光按照偏正分成两束，对每一束信号光都进行相同的正弦相位调制，并分别利用光电倍增管进行探测。通过两个电流值i1和i2进而获得两个鉴频参量lA1(ω)和lA2(ω)，再利用两个鉴频参量lA1(ω)和lA2(ω)构造一个新的鉴频参量sA(ω)＝lA1(ω)‑lA2(ω)，作为此双边缘结构的鉴频参量。本发明适用于双边缘相位调制激光多普勒测速场合。

权利要求

1.双边缘相位调制激光多普勒测速方法，所述方法基于测速系统实现，所述系统包括激光器(1)、偏振分光片(2)、机械开关(3)、第一凸透镜(4)、第二凸透镜(6)、多模光纤(7)、第三凸透镜(8)、偏振分光棱镜(9)、第四凸透镜(10)、反射镜(11)、第五凸透镜(12)、第一光纤相位调制器(13)、第二光纤相位调制器(14)、驱动器(15)、信号发生器(16)、第六凸透镜(17)、第七凸透镜(18)、第一扩束镜(19)、第二扩束镜(20)、F-P标准具(21)、第八凸透镜(22)、第一光电倍增管(23)、第九凸透镜(24)、第二光电倍增管(25)、直角反射镜(26)、数据采集卡(27)、输出卡(28)和计算机(29)；

在机械开关(3)开启时，激光器(1)发出信号光，所述信号光经偏振分光片(2)和开启的机械开关(3)后入射至第一凸透镜(4)的中心；经第一凸透镜(4)后入射至旋转目标(5)并产生反射光，所述反射光入射至第一凸透镜(4)的中心，通过开启的机械开关(3)后，经偏振分光片(2)反射至第二凸透镜(6)的中心，经第二凸透镜(6)后入射至多模光纤(7)的一端；

从多模光纤(7)的另一端出射的信号光入射至第三凸透镜(8)，经第三凸透镜(8)准直后入射至偏振分光棱镜(9)，所述偏振分光棱镜(9)将信号光分成偏振和传播方向相互垂直的第一束偏振光和第二束偏振光，所述第二束偏振光入射至反射镜(11)，经反射镜(11)反射后与第一束偏振光平行；

所述第一束偏振光入射至第四凸透镜(10)，经第四凸透镜(10)聚焦至第一光纤相位调制器(13)的输入端；

所述第二束偏振光入射至第五凸透镜(12)，经第五凸透镜(12)聚焦至第二光纤相位调制器(14)的输入端；

信号发生器(16)产生预设频率和振幅的正弦信号，并经驱动器(15)放大后分别输入第一光纤相位调制器(13)和第二光纤相位调制器(14)，分别对第一束偏振光和第二束偏振光进行正弦相位调制；

第一光纤相位调制器(13)输出的调制光依次经过第六凸透镜(17)与第一扩束镜(19)后，垂直入射至F-P干涉仪(21)的上半部分；

第二光纤相位调制器(14)输出的调制光依次经过第七凸透镜(18)与第二扩束镜(20)后，垂直入射F-P干涉仪(21)的下半部分；

经过F-P干涉仪(21)透射后的两束信号光分别被直角反射镜(26)的两个反射面反射，第一束反射光经第八凸透镜(22)会聚到第一光电倍增管(23)的感光端；第二束反射光经第九凸透镜(24)会聚到第二光电倍增管(25)的感光端；

第一光电倍增管(23)的信号输出端与数据采集卡(27)的第一数据信号输入端连接；

第二光电倍增管(25)的信号输出端与数据采集卡(27)的第二数据信号输入端连接；

信号发生器(16)输出的信号作为触发信号与数据采集卡(27)的第三信号输入端连接；

输出卡(28)与激光器(1)电连接，用于控制激光器(1)的输出频率，还用于利用激光器(1)的输出信号检测信号光的状态；输出卡(28)与计算机(29)进行数据交互，计算机(29)通过输出卡(28)控制激光器出射信号光的频率；计算机(29)与激光器(1)电连接，用于控制激光器(1)的工作状态；

其特征是：所述方法包括以下步骤：

步骤一、在机械开关(3)处于关闭状态时，利用计算机(29)控制输出卡(28)调节激光器(1)的输出频率，即：信号光的频率ω，并利用计算机(29)对数据采集卡(27)采集到的激光器在不同频率下第一光电倍增管(23)的输出电流i1和第二光电倍增管(25)输出电流i2进行运算，绘制鉴频参量lA1(ω)和鉴频参量lA2(ω)的频移变化曲线；

步骤二、在机械开关(3)关闭的情况下，计算机对数据采集卡(27)采集到的第一光电倍增管(23)的输出电流i1(t0)和第二光电倍增管(25)的输出电流i2(t0)进行计算，并计算出鉴频参量lA1(ω0)和鉴频参量lA2(ω)；利用鉴频参量lA1(ω)和鉴频参量lA2(ω)的频移变化曲线，确定测量出射信号光的频率ω0值；

步骤三、在机械开关(3)开启的情况下，单频率信号照射到旋转目标(5)并返回，按照步骤二的操作方式得到旋转目标(5)反射信号光频率ω1的值；

步骤四、根据公式：

△ω＝ω1-ω0

计算步骤二得到的测量出射信号光的频率和步骤三得到的反射信号光的频率的差值，即：旋转目标(5)在信号光径向上速度产生的多普勒频移，利用该多普勒频移计算出旋转目标(5)在信号光径向上的速度；

鉴频参量 nA(ω)为测量出射信号光的振幅A相关的多普勒频移变化曲

线；如果φ0(ω)>0，则φ′0(ω)＝φ0(ω)；如果φ0(ω)<0，则φ′0(ω)＝φ0(ω)+180°，φ0(ω)是测量出射信号光的相位φ0的频移变化曲线。

2.根据权利要求1所述的双边缘相位调制激光多普勒测速方法，其特征在于第一凸透镜(4)的中心设置在经过偏振分光片(2)的光路上。

3.根据权利要求1所述的双边缘相位调制激光多普勒测速方法，其特征在于第二凸透镜(6)的中心设置在经过偏振分光片(2)的反射光的光路上。

说明书

双边缘相位调制激光多普勒测速系统及测速方法

技术领域

[0001] 本发明涉及多普勒测速技术。

背景技术

[0002] 一束频率稳定的激光照射到运动目标上，由于多普勒效应，目标的后向散射光将会产生一定的频移，通过对后向散射光多普勒频移的测量就可以得到运动目标沿着光束方向的速度信息，这就是激光多普勒测速仪的基本原理。由于激光多普勒测速仪无以伦比的测量精度所以在军事、工业等各个领域具有广泛的应用前景。目前，激光多普勒测速仪主要采用相干探测和直接探测两种多普勒频移测量方法。虽然这两种方法各自具有显著的优势，但也都存在难以克服的缺陷。相干探测是利用信号光与本振光在平方率探测器上产生的拍频(差频)信号进行多普勒频移测量，由于本振光对信号光的转换增益作用，以及本振光与杂散光不具有相干性而产生的滤波作用，从而使相干探测方法具有高信噪比和高测量精度的优势。但是，由于本振光与信号光所经历空间和时间的不同，它们的孔径、方向、偏振、波前等参量很难在探测器光敏面上相匹配来获得较高的拍频效率，并且为了保证本振光与信号光的相干性，必须要求出射激光具有极窄的线宽和很高的频率稳定性，所以采用相干探测方法对光学系统以及激光器等的要求极其苛刻而难于向全面工程化发展；直接探测主要是利用回波信号光与出射激光通过边缘滤波器相对能量的变化来进行多普勒频移测量。由于结构简单、安全可靠、方便灵活等原因，直接探测方法通常采用基于F-P干涉仪的边缘技术，这种多普勒频移测量方法的优点是对光源和光学器件的要求宽松得多，在技术上更容易实现，但是其探测器输出信号为基频信号，系统工作带宽较大(进入系统的噪声较大)，且不具有对噪声抑止的物理机制，所以存在测量精度较低的缺点。

[0003] 基于上述原因，相位调制激光多普勒频移测量方法才被提出，其既保留了直接探测方法对光学系统和激光器要求宽松且工程容易实现的优势，又拥有相干探测方法高测量精度的优点。其采用相位调制器使信号光在原有频率成分(载波)的基础上产生正负一阶边带，然后利用F-P干涉仪调整载波和边带的振幅和相位，使它们产生固定频率的拍频信号，利用此拍频信号的振幅或相位来进行多普勒频移测量。由于产生此拍频信号的光波是同一信号光的不同频率成分，它们经历了相同的时间和空间，其光束直径、方向、偏振等参量必然相同，且相干性不会因探测距离的增加而降低，所以其对光学结构以及光源要求宽松而易于工程实现。利用相关检测方法提取相位调制拍频信号的振幅与相位作为多普勒鉴频参量，使其具有极窄的工作带宽，可以有效抑制噪声来提高信噪比，从而使其具有较高的测量精度。相对于以往两种方法(直接和相干探测方法)，相位调制方法在工作原理上具有不可比拟的先天优势。

[0004] 虽然，现有的相位调制激光多普勒频移测量方法，通过合理利用相位调制信号中的直流成分已经无需使用能量探测器使系统结构更简单，并且具备更高的测量精度和测量范围，但是其一倍相位调制频率拍频信号的相位参量包含的多普勒频移信息未被合理利用，并且未能充分利用全部的回波信号光，所以依然存在一定的不足。

发明内容

[0005] 本发明是为了解决现有的相位调制激光多普勒测速系统，无法同时利用信号光一倍调制频率拍频信号相位中的多普勒频移信息以及无法充分利用全部回波信号光中的多普勒频移信息的问题，从而提出一种双边缘相位调制激光多普勒测速系统及测速方法。

[0006] 双边缘相位调制激光多普勒测速系统，它包括激光器1、偏振分光片2、机械开关3、第一凸透镜4、第二凸透镜6、多模光纤7、第三凸透镜8、偏振分光棱镜9、第四凸透镜10、反射镜11、第五凸透镜12、第一光纤相位调制器13、第二光纤相位调制器14、驱动器15、信号发生器16、第六凸透镜17、第七凸透镜18、第一扩束镜19、第二扩束镜20、F-P标准具21、第八凸透镜22、第一光电倍增管23、第九凸透镜24、第二光电倍增管25、直角反射镜26、数据采集卡27、输出卡28和计算机29；

[0007] 在机械开关3开启时，激光器1发出信号光，所述信号光经偏振分光片2和开启的机械开关3后入射至第一凸透镜4的中心；经第一凸透镜4后入射至旋转目标5并产生反射光，所述反射光入射至第一凸透镜4的中心，通过开启的机械开关3后，经偏振分光片2反射至第二凸透镜6的中心，经第二凸透镜6后入射至多模光纤7的一端；

[0008] 从多模光纤7的另一端出射的信号光入射至第三凸透镜8，经第三凸透镜8准直后入射至偏振分光棱镜9，所述偏振分光棱镜9将信号光分成偏振和传播方向相互垂直的第一束偏振光和第二束偏振光，所述第二束偏振光入射至反射镜11，经反射镜11反射后与第一束偏振光平行；

[0009] 所述第一束偏振光入射至第四凸透镜10，经第四凸透镜10聚焦至第一光纤相位调制器13的输入端；

[0010] 所述第二束偏振光入射至第五凸透镜12，经第五凸透镜12聚焦至第二光纤相位调制器14的输入端；

[0011] 信号发生器16产生预设频率和振幅的正弦信号，并经驱动器15放大后分别输入第一光纤相位调制器13和第二光纤相位调制器14，分别对第一束偏振光和第二束偏振光进行正弦相位调制；

[0012] 第一光纤相位调制器13输出的调制光依次经过第六凸透镜17与第一扩束镜19后，垂直入射至F-P干涉仪21的上半部分；

[0013] 第二光纤相位调制器14输出的调制光依次经过第七凸透镜18与第二扩束镜20后，垂直入射F-P干涉仪21的下半部分；

[0014] 经过F-P干涉仪21透射后的两束信号光分别被直角反射镜26的两个反射面反射，第一束发射光经第八凸透镜22会聚到第一光电倍增管23的感光端；第二束发射光经第九凸透镜24会聚到第二光电倍增管25的感光端；

[0015] 第一光电倍增管23的信号输出端与数据采集卡27的第一数据信号输入端连接；

[0016] 第二光电倍增管25的信号输出端与数据采集卡27的第二数据信号输入端连接；

[0017] 信号发生器16输出的信号作为触发信号与数据采集卡27的第三信号输入端连接；

[0018] 输出卡28与激光器1电连接，用于控制激光器1的输出频率；输出卡28与计算机29进行数据交互，计算机29通过输出卡28控制激光器出射信号光的频率；计算机29与激光器1电连接，用于控制激光器1的工作状态，还用于利用激光器1的输出信号检测信号光的状态。

[0019] 双边缘相位调制激光多普勒测速方法，它包括以下步骤：

[0020] 步骤一、在机械开关3处于关闭状态时，利用计算机29控制输出卡28调节激光器1的输出频率，即：信号光的频率ω，并利用计算机29对数据采集卡27采集到的激光器在不同频率下第一光电倍增管23的输出电流i1和第二光电倍增管25的输出电流i2进行运算，绘制鉴频参量lA1(ω)和鉴频参量lA2(ω)的频移变化曲线；

[0021] 步骤二、在机械开关3关闭的情况下，计算机对数据采集卡27采集到的第一光电倍增管23的输出电流i1(t0)和第二光电倍增管25的输出电流i2(t0)，并计算出鉴频参量lA1(ω0)和鉴频参量lA(ω0)；利用鉴频参量lA1(ω)和鉴频参量lA2(ω)的频移变化曲线，确定测量出射信号光的频率ω0值；

[0022] 步骤三、在机械开关3开启的情况下，单频率信号照射到旋转目标5并返回，按照步骤二的操作方式得到旋转目标5反射信号光频率ω1的值；

[0023] 步骤四、根据公式：

[0024] △ω＝ω1-ω0

[0025] 计算步骤二和步骤三出射信号光的频率的差值，即：旋转目标5在信号光径向上速度产生的多普勒频移，利用该多普勒频移计算出旋转目标5在信号光径向上的速度。

[0026] 与现有的相位调制激光多普勒测速方法相比，本发明的测速方法充分利用全部回波信号光能量，并且利用了一倍相位调制拍频信号的相位参量中的多普勒频移信息。

[0027] 同时，与现有的相位调制激光多普勒测速方法相比，本发明的测速方法测量灵敏度较高，多普勒频移测量范围宽。

附图说明

[0028] 图1是双边缘相位调制激光多普勒测速系统的结构示意图；

[0029] 图2是参量h′的频移变化曲线仿真示意图；

[0030] 图3是参量A0的频移变化曲线仿真示意图；

[0031] 图4是参量φ0的频移变化曲线仿真示意图；

[0032] 图5是参量φ′0的频移变化曲线仿真示意图；

[0033] 图6是参量lA的频移变化曲线仿真示意图；

[0034] 图7是参量lA的双边缘鉴频曲线仿真示意图；

具体实施方式

[0035] 具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，双边缘相位调制激光多普勒测速系统，它包括激光器1、偏振分光片2、机械开关3、第一凸透镜4、第二凸透镜6、多模光纤7、第三凸透镜8、偏振分光棱镜9、第四凸透镜10、反射镜11、第五凸透镜12、第一光纤相位调制器13、第二光纤相位调制器14、驱动器15、信号发生器16、第六凸透镜17、第七凸透镜18、第一扩束镜19、第二扩束镜20、F-P标准具21、第八凸透镜22、第一光电倍增管23、第九凸透镜24、第二光电倍增管25、直角反射镜26、数据采集卡27、输出卡28和计算机29；

[0036] 在机械开关3开启时，激光器1发出信号光，所述信号光经偏振分光片2和开启的机械开关3后入射至第一凸透镜4的中心；经第一凸透镜4后入射至旋转目标5并产生反射光，所述反射光入射至第一凸透镜4的中心，通过开启的机械开关3后，经偏振分光片2反射至第二凸透镜6的中心，经第二凸透镜6后入射至多模光纤7的一端；

[0037] 从多模光纤7的另一端出射的信号光入射至第三凸透镜8，经第三凸透镜8准直后入射至偏振分光棱镜9，所述偏振分光棱镜9将信号光分成偏振和传播方向相互垂直的第一束偏振光和第二束偏振光，所述第二束偏振光入射至反射镜11，经反射镜11反射后与第一束偏振光平行；

[0038] 所述第一束偏振光入射至第四凸透镜10，经第四凸透镜10聚焦至第一光纤相位调制器13的输入端；

[0039] 所述第二束偏振光入射至第五凸透镜12，经第五凸透镜12聚焦至第二光纤相位调制器14的输入端；

[0040] 信号发生器16产生预设频率和振幅的正弦信号，并经驱动器15放大后分别输入第一光纤相位调制器13和第二光纤相位调制器14，分别对第一束偏振光和第二束偏振光进行正弦相位调制；

[0041] 第一光纤相位调制器13输出的调制光依次经过第六凸透镜17与第一扩束镜19后，垂直入射至F-P干涉仪21的上半部分；

[0042] 第二光纤相位调制器14输出的调制光依次经过第七凸透镜18与第二扩束镜20后，垂直入射F-P干涉仪21的下半部分；

[0043] 经过F-P干涉仪21透射后的两束信号光分别被直角反射镜26的两个反射面反射，第一束发射光经第八凸透镜22会聚到第一光电倍增管23的感光端；第二束发射光经第九凸透镜24会聚到第二光电倍增管25的感光端；

[0044] 第一光电倍增管23的信号输出端与数据采集卡27的第一数据信号输入端连接；

[0045] 第二光电倍增管25的信号输出端与数据采集卡27的第二数据信号输入端连接；

[0046] 信号发生器16输出的信号作为触发信号与数据采集卡27的第三信号输入端连接；

[0047] 输出卡28与激光器1电连接，用于控制激光器1的输出频率；输出卡28与计算机29进行数据交互，计算机29通过输出卡28控制激光器出射信号光的频率；计算机29与激光器1电连接，用于控制激光器1的工作状态，还用于利用激光器1的输出信号检测信号光的状态。

[0048] 第一凸透镜4的中心设置在经过偏振分光片2的光路上。

[0049] 第二凸透镜6的中心设置在经过偏振分光片2的反射光的光路上。

[0050] 具体实施方式二、基于具体实施方式一的双边缘相位调制激光多普勒测速方法，它包括以下步骤：

[0051] 步骤一、在机械开关3处于关闭状态时，利用计算机29控制输出卡28调节激光器1的输出频率，即：信号光的频率ω，并利用计算机29对数据采集卡27采集到的不同激光器频率下第一光电倍增管23的输出电流i1和第二光电倍增管25的输出电流i2进行运算，绘制鉴频参量lA1(ω)和鉴频参量lA2(ω)的频移变化曲线；

[0052] 步骤二、在机械开关3关闭的情况下，计算机对数据采集卡27采集到的第一光电倍增管23的输出电流i1(t0)和第二光电倍增管25的输出电流i2(t0)，并计算出鉴频参量lA1(ω0)和鉴频参量lA(ω0)；利用鉴频参量lA1(ω)和鉴频参量lA2(ω)的频移变化曲线，确定测量出射信号光的频率ω0值；

[0053] 步骤三、在机械开关3开启的情况下，单频率信号照射到旋转目标5并返回，按照步骤二的操作方式得到旋转目标5反射信号光频率ω1的值；

[0054] 步骤四、根据公式：

[0055] △ω＝ω1-ω0

[0056] 计算步骤二和步骤三出射信号光的频率的差值，即：旋转目标5在信号光径向上速度产生的多普勒频移，利用该多普勒频移计算出旋转目标5在信号光径向上的速度。

[0057] 工作原理：信号光经过正弦相位调制，可以在原有频率成分(载波)的基础上产生振幅相等相位相反的正负一阶边带，该光波经过F-P干涉仪后，由于振幅及相位发生变化，两边带的对称性遭到破坏，载波与边带的拍频将会使平方率探测器产生主要包含直流项id、一倍调制频率项iΩ的输出电流：

[0058] i＝id+iΩ                            (1)

[0059] 直流相id可以由下式表示：

[0060]

[0061] 其中：E0、ω分别为入射光场强和角频率；J0、J1分别为零阶、一阶贝塞尔函数；Ω为正弦相位调制频率；T为F-P干涉仪的场强透过系数；

[0062] 由于式(2)中T(ω)的模方为F-P的光强透过率h(ω)：即：h(ω)＝|T(ω)|2，所以式(2)中括号部分，本质上就是载波和两个边带的总光强透过率，这里用h′(ω)来代替，即：则式(2)变为：

[0063]

[0064] 一倍调制频率拍频信号iΩ可以写为：

[0065]

[0066] 其中：

[0067]

[0068]

[0069] 分析可知，直流成分id中的载波与边带总的F-P光强透过率h′(ω)，一倍调制频率拍频信号iΩ中的归一化振幅A0和相位φ0都是信号光频率ω的函数与光强 无关。它们的频移变化曲线如图2至图4所示：图2中的实线为h′(ω)随频移变化曲线，为了便于比较，未调制光的F-P光强透过率h(ω)曲线也在该图中给出，其用点线表示。通过观察图2可以发现，h′(ω)和h(ω)曲线的形状相似，峰值位置一致，只是h′(ω)曲线的峰值略低，半高全宽略大。这就说明可以利用h′(ω)曲线像普通边缘技术中利用h(ω)曲线(左侧或右侧边缘部分)那样来进行回波信号多普勒频移测量；图3中的实线为一倍调制频率拍频信号iΩ中的归一化振幅A0随频移变化曲线，可以看到在0频移附近，存在随频移单调变化的曲线(即上下两个峰值之间的部分)，所以可以利用该部分曲线进行多普勒频移测量；图4中的曲线为一倍调制频率拍频信号iΩ的相位φ0随频移变化曲线，可以看到在0频移两侧，存在两条随频移单调变化的曲线，且它们的值域彼此分开，这就使得这两部分曲线可以同时用来进行多普勒频移测量。

[0070] 由于相位调制频率Ω已知，所以相位调制信号的周期已知，对信号i(t)积分，当积分时间为正弦相位调制信号2倍周期的整数倍时，一倍调制频率拍频信号iΩ(t)和二倍调制频率拍频信号i2Ω(t)项恰好为零，就可以提取出直流信号id，即：

[0071]

[0072] 由于相位调制频率Ω已知，可以利用与一倍调制频率拍频信号iΩ(t)同频率的两个参考信号：

[0073]

[0074] 与探测器输出信号进行相关运算，可以得到：

[0075]

[0076] 当积分时间为正弦相位调制信号周期的整数倍时，直流项id(t)以及二倍调制频率拍频信号i2Ω(t)项与参考信号的相关运算值恰好为零，所以公式(9)变为：

[0077]

[0078] 利用方程组(10)可以得到：

[0079]

[0080]

[0081] 式(7)和式(11)中的 和 为测量值，现有相位调制多普勒频移测量方法是利用这两个测量值相除构造一个新的参量：

[0082]

[0083] 进行多普勒频移测量，相位调制信号中的φ0作为|n(ω)|正负号的判断参量使用，即：如果φ0>0，n(ω)为正值；如果φ0<0，n(ω)为负值。这样不但可以消掉 和中的 使测量中无需对信号光能量进行测量，而且可以获得更高的测量精度和范围。

[0084] 但是，测量值φ0中包含的多普勒频移信息并没有得到充分的利用，所以现有多普勒频移测量方法还存在可以进一步提升自身性能的空间。

[0085] 本发明首先是要在现有相位调制多普勒频移测量方法的基础上，找到充分利用测量值φ0中多普勒频移信息的方法，使其能够进一步提高测量精度和范围。具体方式如下：

[0086] 通过观察图4可以看到，由于φ0(ω)曲线的两个边缘在0频移位置发生了一个跳变，才使得它们在值域上相分开，可以通过一定的方法将这个跳变去除：如果φ0(ω)>0，则φ′0(ω)＝φ0(ω)；如果φ0(ω)<0，则φ′0(ω)＝φ0(ω)+180°，如图5所示，点线为未消跳变之前的φ0(ω)曲线，实线为消跳变之后的φ′0(ω)曲线，通过观察可以看到φ′0(ω)曲线的形式与图2中的h′(ω)形状相近，于是就可以利用同样的方法进行鉴频参量综合，即引入一个新的量lA：

[0087]

[0088] 这样用一个新的物理量lA(ω)就代替了nA(ω)和φ0(ω)两个参量，图6中实线为lA(ω)随频移变化的曲线(计算过程中对φ′0(ω)进行了归一化处理φ′0(ω)/180)，另外为了便于比较，同时用点线将nA(ω)曲线在图6中给出。

[0089] 通过观察可知，lA(ω)与nA(ω)曲线的形式一样，在它的两个峰值之间依然存在随频移单调变化的曲线部分，而且其斜率和范围都要比nA(ω)曲线的要大很多，所以这一次综合后的参量lA比上一次综合的参量nA的多普勒频移测量灵敏度和范围更大。

[0090] 原有相位调制多普勒频移测速系统，必须要求信号光为某一方向的线偏振光，然而实际中，目标的回波信号光却存在各个方向的偏振分量，所以之前的方法只是简单的利用偏振片将其它方向的偏振分量滤掉，只保留单一偏振方向的分量。无论何种检测方法，测量的精度都是受回波信号光的能量影响的，所以充分利用整个回波信号光的能量是进一步提高测量精度的必然要求，就成为了本发明的另一个要解决的问题。

[0091] 之前的相位调制多普勒频移测量系统，是让回波信号光经过偏振片，这样回波信号光中与偏振片的偏振方向相同的信号光部分可以通过，并被利用进行多普勒频移测量，但是与偏振片的偏振方向相垂直的信号光部分将会被滤掉。

[0092] 本发明利用偏振分光棱镜，将回波信号光I，按照偏正分成两束I⊥和I//，理论上可以认为I＝I⊥+I//，之前的相位调制多普勒频移测量系统只相当于单独利用I⊥或I//进行测量，而本发明是同时利用I⊥和I//来进行测量量。

[0093] 具体方法为：对每一束信号光都进行相同的正弦相位调制，并分别利用光电倍增管进行探测。就可以得到两个电流值i1和i2，按照上面的方法就可以得到两个鉴频参量lA1(ω)和lA2(ω)，但是需要在计算lA2(ω)的过程中加上一个负号，使的得鉴频曲线lA2(ω)随频移变化与鉴频参量lA1(ω)相反，如图7所示。

[0094] 利用两个鉴频参量lA1(ω)和lA2(ω)可以构造一个新的鉴频参量sA(ω)＝lA1(ω)-lA2(ω)，作为此双边缘结构的鉴频参量。把出射光频率锁定在两条曲线相交的位置(图7中ν0位置)，该位置作为此双边缘结构的工作点。从图7中可以看到当回波信号变为ν1时，lA1将会增大△lA，同时lA2将会减小△lA。新的鉴频参量sA将变化2△lA，根据多普勒频移测量灵敏度的定义(单位频移引起的鉴频参量的变化量)，这就说明双边缘结构鉴频参量sA的多普勒频移测量灵敏度将会是单边缘结构鉴频参量lA1(或lA2)多普勒频移测量灵敏度的2倍。