FMCW激光雷达中的光学仿真与研究

摘要

调频连续波(FMCW)激光雷达是目前快速获取大尺寸目标三维信息的有效手段之一。其综合了激光与传统调频连续波雷达的优点,具备较高的测距测速精度、对发射机的功率要求较低以及不存在测距盲区等优点,结合二维扫描技术可实现对目标的三维测量。本文根据FMCW测距技术的基本原理,提出了用于大尺寸工件坐标测量的激光雷达中光学精密测距系统设计方案,并通过仿真实验验证了该设计的可行性。
　　首先,根据FMCW测距原理,完成了激光雷达高精度测距系统的方案设计,包括系统构成、器件选型、流程设计等,分析了测量距离、激光功率等参数对测量信号的影响,并结合预选器件参数对拍频信号进行了数值模拟。其次,针对采用的平衡探测技术和调频非线性校正技术,详细分析了其工作原理,根据实际过程中可能存在的平衡探测非对称性及激光器非线性特性进行了仿真验证,并结合拟采用的器件参数进行了噪声抑制实验和非线性校正实验,验证了所采用技术的可行性。然后,说明了基于傅立叶变换的鉴频算法的误差来源,确定了基于CZT算法的率谱线细化算法,以提高频率提取精度,并进行了相关的数值仿真。最后,建立了整个FMCW激光雷达测距系统的测量误差模型,对各环节提出了相应的精度指标要求,并通过校准干涉仪信号对激光调频斜率进行了高精度的校准,以提供高精度的测量基准,结合各环节的仿真数据对整个测量系统进行了精度合成。

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第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2国内外在该方向的研究现状及分析

1.3研究的目的和意义

1.4本文的主要内容

第2章 FMCW激光雷达测量模型

2.1引言

2.2 FMCW激光雷达基本原理

2.3多普勒耦合问题

2.4调频非线性问题

2.5本章小结

第3章 方案设计及参数分析

3.1引言

3.2方案设计

3.3参数分析及仿真

3.4本章小结

第4章 信号探测及非线性校正技术

4.1引言

4.2外差平衡探测技术

4.3调频非线性误差校正技术

4.4本章小结

第5章 仿真实验与精度分析

5.1引言

5.2测量精度分析

5.3谱分析算法

5.4精度分配模型

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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