FMCW激光雷達(dá)信號處理與研究.pdf

1、調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá)具有高精度、高效率、非接觸無需靶標(biāo)、大尺寸無盲區(qū)等優(yōu)點，能夠在多種場合工作，是測量近距離大尺寸目標(biāo)的重要方法之一。本文通過對FMCW激光雷達(dá)中的關(guān)鍵技術(shù)要點的研究，建立了線性調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)測距系統(tǒng)，對系統(tǒng)信號進(jìn)行了分析與處理，來提高絕對距離測量的精度，根據(jù)系統(tǒng)要求，對關(guān)鍵器件進(jìn)行了選取，搭建了實驗平臺。
　　FMCW絕對距離測量是依賴于激光器線性調(diào)頻的，而實際中激光器頻率調(diào)諧很難做到嚴(yán)格線性，這會

2、引起差拍干涉頻率展寬，從而引入較大的測量誤差，本文根據(jù) FMCW測距技術(shù)的基本原理，研究了基于頻率采樣的方法來校正激光調(diào)諧非線性，采用馬赫澤德干涉儀作為校正時鐘，對原測量信號進(jìn)行外部時鐘采樣，由于校正信號路和測量信號路含有相同的非線性，通過同步采樣消除了非線性成分。由于系統(tǒng)采用全光纖器件設(shè)計，不同頻率的激光在光纖中走過的光程也不一樣，而測量路在自由空間中的光程隨頻率的變化可以忽略，測量路與校正路的色散量不能抵消，帶來色散誤差，本文對系統(tǒng)

3、中可能存在的色散問題進(jìn)行了分析論證，并且通過建模對色散誤差進(jìn)行了仿真模擬。FMCW技術(shù)的本質(zhì)是干涉測量，實際中由于光纖的彎曲、應(yīng)力變化或者環(huán)境影響都有可能導(dǎo)致參與干涉的測量臂和參考臂的兩束光的偏振態(tài)發(fā)生改變，引起干涉信號的幅度衰落，甚至衰落為零，干涉現(xiàn)象完全消失，本文對這種偏振衰落問題對FMCW的影響進(jìn)行了分析。在外部時鐘采樣中，由于校正信號路光學(xué)頻率間隔的變化以及在 AD采樣或者校正信號到時鐘信號的轉(zhuǎn)換過程中引入的采樣時延會導(dǎo)致外部時

4、鐘產(chǎn)生誤差，從而導(dǎo)致采樣誤差。本文對采樣誤差以及采樣誤差引起的色散進(jìn)行了分析討論。
　　基于FMCW理論，選取1550nm波段連續(xù)可調(diào)諧外腔式激光器作為光源，采用全光纖器件搭建光路，利用平衡探測器探測差拍信號，最后用高速采集卡獲取數(shù)據(jù)。編寫了Labview測量軟件，對光纖端面以及自由空間中的量塊進(jìn)行測距實驗，并且使用高精度導(dǎo)軌和雙頻激光干涉儀對測距結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定，實驗結(jié)果表明基于頻率采樣的方法很好的校正了激光器掃頻的非線性，測距穩(wěn)定