FMCW激光雷達信號處理與研究.pdf

1、調頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達具有高精度、高效率、非接觸無需靶標、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的重要方法之一。本文通過對FMCW激光雷達中的關鍵技術要點的研究，建立了線性調頻連續(xù)波激光雷達測距系統(tǒng)，對系統(tǒng)信號進行了分析與處理，來提高絕對距離測量的精度，根據系統(tǒng)要求，對關鍵器件進行了選取，搭建了實驗平臺。
　　FMCW絕對距離測量是依賴于激光器線性調頻的，而實際中激光器頻率調諧很難做到嚴格線性，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 FMCW測距技術的基本原理，研究了基于頻率采樣的方法來校正激光調諧非線性，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行了分析論證，并且通過建模對色散誤差進行了仿真模擬。FMCW技術的本質是干涉測量，實際中由于光纖的彎曲、應力變化或者環(huán)境影響都有可能導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，干涉現象完全消失，本文對這種偏振衰落問題對FMCW的影響進行了分析。在外部時鐘采樣中，由于校正信號路光學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換過程中引入的采樣時延會導致外部時

4、鐘產生誤差，從而導致采樣誤差。本文對采樣誤差以及采樣誤差引起的色散進行了分析討論。
　　基于FMCW理論，選取1550nm波段連續(xù)可調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據。編寫了Labview測量軟件，對光纖端面以及自由空間中的量塊進行測距實驗，并且使用高精度導軌和雙頻激光干涉儀對測距結果進行標定，實驗結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