本发明涉及激光测速领域，具体涉及一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统及方法。
背景技术：
1、在现代社会中，速度测量技术被广泛应用于航空航天、机械制造、医疗设备、交通管理以及科学研究等众多领域。其中，在导航定位以及智能交通信息系统领域中，精确测量多目标物体之间的差速至关重要。通常，测量多目标物体差速的方法主要有超声波测量法、微波测量法、gps导航测量法和激光测量法。
2、超声波测量法是通过测量各个目标物体到测距仪之间的距离实现差速测量，该测量需要的测量时间长，产生的误差较大，波束发散角大，分辨率低，有效测量距离较小；微波测量法是通过微波的多普勒效应分别测得不同目标物体的速度，进而实现多目标差速测量，该方法因雷达之间以及与其他通信系统之间的电磁干扰导致无法清晰捕获待测信息，造成雷达的灵敏度下降；gps导航测量法是通过gps卫星定位实时跟踪各个目标物体的速度实现多目标差速测量，该方法因天气与地形的原因导致卫星的定位能力受到影响，造成测量差速误差较大，而且该测速方法成本较高。
3、激光测量法是在一定的时间间隔内对各个目标物体连续发射两次激光束，分别测量每次激光发射到目标物体的距离，得到一定时间间隔内目标物体的移动距离，从而实现多目标物体差速的测量；该方法具有测量速度快、有效测量距离大等优势，但存在测量精度相对较低的缺陷。
技术实现思路
1、为了克服目前存在的技术难题，本发明提出了一种测量精度高、可以进行实时测量的基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统及方法。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，包括：涡旋激光输出单元、第一检测单元、第二检测单元和信号处理单元；
3、涡旋激光输出单元用于输出携带拓扑荷为l的第一涡旋信号光束和第二涡旋信号光束；第一检测单元包括第二分光单元、第一梯形棱镜、第一导光单元、第一合光器、第一周期遮光屏和第一探测器，第二分光单元用于将第一涡旋信号光束经分为两束，并将一束经第一梯形棱镜旋转为拓扑荷为-l的第一涡旋参考光，另一束作为第一涡旋探测光经第一导光单元入射至第一待测物体表面，经第一待测物体表面反射后经第一导光单元入射至第一合光器，所述第一涡旋参考光与第一待测物体表面反射的第一涡旋探测光在第一合光器合束并发生干涉，产生的第一干涉信号经第一周期遮光屏后进入第一探测器；
4、第二检测单元包括第三分光单元、第二梯形棱镜、第二导光单元、第二合光器、第二周期遮光屏和第二探测器，第二涡旋信号光束经第三分光单元分为两束后，其中一束经第二梯形棱镜旋转为拓扑荷为-l的第二涡旋参考光，另一束作为第二涡旋探测光经第二导光单元入射至第二待测物体表面，经第二待测物体表面反射后经第二导光单元入射至第二合光器，所述第二涡旋参考光与第一待测物体表面反射的第二涡旋探测光在第二合光器合束并发生干涉，产生的第二干涉信号经第二周期遮光屏后进入第二探测器；
5、第一周期遮光屏和第二周期遮光屏用于对对应的干涉信号进行周期性遮挡；
6、所述信号处理单元用于根据第一探测器和第二探测器探测得到的第一干涉信号和第二干涉信号，计算得到第一待测物体和第二待测物体速度差。
7、所述涡旋激光输出单元包括激光器、第一分光单元、空间光调制器；
8、所述第一分光单元用于将激光器输出的激光分为两束，并使其均入射至空间光调制器，所述空间光调制器用于将两束光分别调制成携带拓扑荷l的第一涡旋信号光束和第二涡旋信号光束；
9、所述第一分光单元包括二分之一波片，第一分束镜和第一反射镜，所述激光器输出的激光依次经二分之一波片，第一分束镜后分为两束，其中一束直接入射至所述空间光调制器，另一束经所述第一反射镜反射后入射至所述空间光调制器。
10、所述的一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，还包括第三导光单元和第四导光单元，所述第三导光单元包括第二反射镜和第三反射镜，用于将所述第一涡旋信号光束发送至第二分光单元；所述第四导光单元包括第四反射镜和第五反射镜，用于将所述第二涡旋信号光束发送至第三分光单元。
11、所述的一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，还包括第六反射镜和第七反射镜，其中第六反射镜用于将第二分光单元分出两束光中的一束入射至所述第一梯形棱镜；所述第七反射镜用于将第三分光单元分出两束光中的一束入射至所述第二导光单元。
12、第二分光单元、第三分光单元、第一导光单元、第二导光单元、第一合光器、第二合光器均为立方分束棱镜。
13、所述第一周期遮光屏和第二周期遮光屏上对称分布有多个光瓣，光瓣数为l，所述第一周期遮光屏和第二周期遮光屏与对应的干涉信号的同轴且保持匀速转动。
14、所述信号处理单元根据第一探测器和第二探测器的探测信号，计算得到第一待测物体和第二待测物体速度差的计算公式为：
15、
16、其中，δv表示第一待测物体和第二待测物体的速度差，λ表示激光波长，f1和f2分别表示第一探测器和第二探测器得到的干涉信号在频域对应的峰值频率。
17、所述l的取值范围为1-12。
18、此外，本发明还提供了一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量方法，基于所述的基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统实现，包括以下步骤：
19、s1、通过第一探测器和第二探测器分别采集第一待测物体和第二待测物体对应的第一干涉信号和第二干涉信号；
20、s2、对获得两个干涉信号分别进行傅里叶变换分析，得到傅里叶变换频域图，从傅里叶变换频域图提取峰值频率，得到第一干涉信号和第二干涉信号对应的峰值频率f1和f2；
21、s3、计算第一待测物体和第二待测物体的差速，计算公式为：
22、
23、其中，δv表示第一待测物体和第二待测物体的速度差，λ表示激光波长，f1和f2分别表示第一探测器和第二探测器得到的干涉信号在频域对应峰值频率。
24、此外，本发明还提供了另一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量方法，基于所述的基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统实现，包括以下步骤：
25、s0、通过第一探测器或第二探测器采集某一静止物体对应的干涉信号作为参考信号；
26、s1、通过第一探测器和第二探测器分别采集第一待测物体和第二待测物体对应的第一干涉信号和第二干涉信号；
27、s2、对获得参考信号、第一干涉信号和第二干涉信号分别进行傅里叶变换分析，得到傅里叶变换频域图，从傅里叶变换频域图提取峰值频率，得到参考信号、第一干涉信号和第二干涉信号分别对应的峰值频率f0、f1和f2；
28、s3、分别计算第一待测物体和第二待测物体的速度v1和v2，计算公式为：
29、
30、
31、其中，λ表示激光波长；
32、s4、计算第一待测物体和第二待测物体的差速。
33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
34、本发明提供了一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统及方法，利用两束携带正负相反的轨道角动量的涡旋光束干涉产生环状光场，环状光场旋转的角速度与待测物体移动的速度成正比，将环状光场旋转的角速度与待测物体移动的速度的关系转化为频率差与待测物体移动的速度的关系。由于自然界中存在很少对激光产生干扰的信号，由此本发明具有测量精度高、空间分辨率高、可以进行实时测量、抗干扰能力强、动态响应速度快的优点。
1.一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，其特征在于，包括：涡旋激光输出单元、第一检测单元、第二检测单元和信号处理单元；
2.根据权利要求1所述的一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，其特征在于，所述涡旋激光输出单元包括激光器(1)、第一分光单元、空间光调制器(4)；
3.根据权利要求1所述的一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，其特征在于，还包括第三导光单元和第四导光单元，所述第三导光单元包括第二反射镜(6)和第三反射镜(7)，用于将所述第一涡旋信号光束发送至第二分光单元(8)；所述第四导光单元包括第四反射镜(16)和第五反射镜(17)，用于将所述第二涡旋信号光束发送至第三分光单元(18)。
4.根据权利要求1所述的一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，其特征在于，还包括第六反射镜(11)和第七反射镜(21)，其中第六反射镜(11)用于将第二分光单元(8)分出两束光中的一束入射至所述第一梯形棱镜(12)；所述第七反射镜(21)用于将第三分光单元(18)分出两束光中的一束入射至所述第二导光单元(22)。
5.根据权利要求1所述的一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，其特征在于，第二分光单元(8)、第三分光单元(18)、第一导光单元(9)、第二导光单元(22)、第一合光器(13)、第二合光器(20)均为立方分束棱镜。
6.根据权利要求1所述的一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，其特征在于，所述第一周期遮光屏(14)和第二周期遮光屏(24)上对称分布有多个光瓣，光瓣数为2l，所述第一周期遮光屏(14)和第二周期遮光屏(24)与对应的干涉信号的同轴且保持匀速转动。
7.根据权利要求1所述的一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，其特征在于，所述信号处理单元根据第一探测器(28)和第二探测器(29)的探测信号，计算得到第一待测物体(10)和第二待测物体(23)速度差的计算公式为：
8.根据权利要求1所述的一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统，其特征在于，所述l的取值范围为1-12。
9.一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量方法，基于权利要求1所述的基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量方法，基于权利要求1所述的基于共轭涡旋光干涉的多目标差速测量系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
