FMCW激光雷達(dá)信號(hào)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(diǎn)，能夠在多種場(chǎng)合工作，是測(cè)量近距離大尺寸目標(biāo)的重要方法之一。本文通過對(duì)FMCW激光雷達(dá)中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)的研究，建立了線性調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行了分析與處理，來提高絕對(duì)距離測(cè)量的精度，根據(jù)系統(tǒng)要求，對(duì)關(guān)鍵器件進(jìn)行了選取，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　FMCW絕對(duì)距離測(cè)量是依賴于激光器線性調(diào)頻的，而實(shí)際中激光器頻率調(diào)諧很難做到嚴(yán)格線性，這會(huì)

2、引起差拍干涉頻率展寬，從而引入較大的測(cè)量誤差，本文根據(jù) FMCW測(cè)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(shí)鐘，對(duì)原測(cè)量信號(hào)進(jìn)行外部時(shí)鐘采樣，由于校正信號(hào)路和測(cè)量信號(hào)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(jì)，不同頻率的激光在光纖中走過的光程也不一樣，而測(cè)量路在自由空間中的光程隨頻率的變化可以忽略，測(cè)量路與校正路的色散量不能抵消，帶來色散誤差，本文對(duì)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(duì)色散誤差進(jìn)行了仿真模擬。FMCW技術(shù)的本質(zhì)是干涉測(cè)量，實(shí)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(cè)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(hào)的幅度衰落，甚至衰落為零，干涉現(xiàn)象完全消失，本文對(duì)這種偏振衰落問題對(duì)FMCW的影響進(jìn)行了分析。在外部時(shí)鐘采樣中，由于校正信號(hào)路光學(xué)頻率間隔的變化以及在 AD采樣或者校正信號(hào)到時(shí)鐘信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中引入的采樣時(shí)延會(huì)導(dǎo)致外部時(shí)

4、鐘產(chǎn)生誤差，從而導(dǎo)致采樣誤差。本文對(duì)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(cè)器探測(cè)差拍信號(hào)，最后用高速采集卡獲取數(shù)據(jù)。編寫了Labview測(cè)量軟件，對(duì)光纖端面以及自由空間中的量塊進(jìn)行測(cè)距實(shí)驗(yàn)，并且使用高精度導(dǎo)軌和雙頻激光干涉儀對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)驗(yàn)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(cè)距穩(wěn)定