基于双半导体激光器扫频干涉绝对距离测量技术研究
发布时间：2021-07-04 13:24
激光调频连续波（FMCW）绝对距离测量技术具有无需导轨、非接触式测量、可对非合作目标测量等优点,是一种获取大型装备及关键构件三维形貌信息的重要手段。由于半导体激光器可实现电流调谐,具备扫频速率快、调制方式简单灵活、尺寸小、成本低的优点,已成为激光FMCW绝对距离测量系统的首选光源。本课题设计了双路数模混合电荷泵光电锁相环系统,用于校正双路电流调谐半导体激光器的调谐非线性影响,并将非线性校正后的电流调谐半导体激光器作为测量光源,搭建了基于双激光器的激光FMCW绝对距离测量实验系统,采用双半导体激光器同步扫频测量非合作振动目标,验证双扫对被测目标相对运动引入的多普勒误差的抑制效果。本课题首先研究了以电流调谐半导体激光器作为测量光源的激光FMCW绝对距离测量系统的测距原理,分析了半导体激光器扫频非线性对测距分辨率和精度的影响。研究了双半导体激光器同步扫频模式抑制振动影响的原理。其次,介绍分析半导体激光器调频非线性的校正方法,包括基于迭代算法的开环预校正和基于电荷泵光电锁相环的实时闭环反馈校正。详细分析了电荷泵光电锁相环的数学模型和传递函数,以及光电锁相环重要参数的测量方法和各模块的具体实现方...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光FMCW绝对距离测量系统光路示意图
图 2-2 激光 FMCW 绝对距离测量系统原理图考光与测量光的复振幅可以表示为：( ) sin( )t t t tu t a t ( ) sin( )r r r ru t a t tt 2πf，rr 2πf。平衡探测器上参考光与测量光发生干涉后的输出光强为 22 22 2 2 2( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( ) ( )cos(2 2 ) cos(2 2 )22 cos[( ) ( )]2 cos[( ) ( )]t r t r t rt r t t t r r rt r t r t rt r t r t rI t S u t u t S u t u t u t u tSa a a t a ta a ta a S 为探测器的灵敏度。式(2-3)可知，混频干涉后的光学干涉信号中包含有多项分量，其中测量光的直流分量、倍频分量以及和频与差频分量。其中和频与倍高，而平衡探测器具有有限的探测范围即探测带宽，和频与倍频超范围，因此无法探测，所以混频干涉输出为
0 50 100 150 200 250 300 3501.93181.9321.93221.93241.93261.93281.9331.9332x 105X: 30Y: 1.933e+005X: 320Y: 1.932e+005DFB激 光 器 静 态 频 率 -电 流 曲 线静 态 电 流 （ mA）输出光频率（GHz）图 2-3 静态测量下 DFB 激光器电流-频率曲线-4 所示是 DFB 激光器在 200Hz 调制频率下的动态线性调制理想线性调频曲线，实线表示的是实际动态调制曲线，对地看出，动态调制下，激光器的调频非线性更加严重，而动态下的调制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种低抖动电荷泵锁相环频率合成器[J]. 杨霄垒,施斌友,黄召军,季惠才. 电子与封装. 2014(04)
[2]半导体激光器光电负反馈线性调频技术研究[J]. 吴映,陈迪俊,孙延光,蔡海文,瞿荣辉. 中国激光. 2013(09)
[3]应用拓展时域信号法抑制DFT频谱泄漏[J]. 张晓光,王艳芬,王刚,刘卫东. 实验科学与技术. 2012(05)
[4]锁相环电路在超声旋转加工设备中的应用[J]. 尚彦芝,蔡晓君,高钜. 新技术新工艺. 2011(12)
[5]FM/cw激光雷达系统设计与实验研究[J]. 赵继广,张智铨,邓陈. 装备指挥技术学院学报. 2009(03)
[6]调频线性度与零差拍线性调频连续波雷达的距离分辨力[J]. 汪学刚,袁湘辉,向敬成,冯建雄. 系统工程与电子技术. 1997(10)
[7]电调频半导体激光绝对测量干涉仪[J]. 武勇军,李达成. 激光技术. 1996(05)
[8]线性度对线性调频雷达距离分辨力的影响[J]. 宋景唯. 电子科技大学学报. 1992(02)
博士论文
[1]FMCW液位测量雷达系统设计及高精度测距原理研究[D]. 齐国清.大连海事大学 2001
硕士论文
[1]电流调谐半导体激光器绝对距离测量技术研究[D]. 张浩.哈尔滨工业大学 2016
[2]FMCW激光雷达信号处理与研究[D]. 赵昊.哈尔滨工业大学 2014
[3]相位连续的线性扫频技术[D]. 夏宗杨.上海交通大学 2014
[4]高性能电荷泵锁相环的设计与实现[D]. 李帅.武汉科技大学 2012
[5]线性调频连续波激光测距测速的研究[D]. 华昊.长春理工大学 2011
[6]高动态环境下扩频信号的捕获与跟踪算法研究[D]. 刘丽宁.燕山大学 2010
[7]基于CMOS工艺的射频发射芯片的设计[D]. 刘观承.湖南大学 2010
[8]高速低噪声电荷泵锁相环设计[D]. 田颖.天津大学 2008
[9]智能化的雷达信号处理和FMCW雷达在煤粉仓料位测量中的建模仿真[D]. 杨全丽.太原理工大学 2006
[10]LFMCW高线性度信号源技术研究[D]. 张永强.电子科技大学 2001
本文编号：3264867
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光FMCW绝对距离测量系统光路示意图
图 2-2 激光 FMCW 绝对距离测量系统原理图考光与测量光的复振幅可以表示为：( ) sin( )t t t tu t a t ( ) sin( )r r r ru t a t tt 2πf，rr 2πf。平衡探测器上参考光与测量光发生干涉后的输出光强为 22 22 2 2 2( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 ( ) ( )cos(2 2 ) cos(2 2 )22 cos[( ) ( )]2 cos[( ) ( )]t r t r t rt r t t t r r rt r t r t rt r t r t rI t S u t u t S u t u t u t u tSa a a t a ta a ta a S 为探测器的灵敏度。式(2-3)可知，混频干涉后的光学干涉信号中包含有多项分量，其中测量光的直流分量、倍频分量以及和频与差频分量。其中和频与倍高，而平衡探测器具有有限的探测范围即探测带宽，和频与倍频超范围，因此无法探测，所以混频干涉输出为
0 50 100 150 200 250 300 3501.93181.9321.93221.93241.93261.93281.9331.9332x 105X: 30Y: 1.933e+005X: 320Y: 1.932e+005DFB激 光 器 静 态 频 率 -电 流 曲 线静 态 电 流 （ mA）输出光频率（GHz）图 2-3 静态测量下 DFB 激光器电流-频率曲线-4 所示是 DFB 激光器在 200Hz 调制频率下的动态线性调制理想线性调频曲线，实线表示的是实际动态调制曲线，对地看出，动态调制下，激光器的调频非线性更加严重，而动态下的调制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种低抖动电荷泵锁相环频率合成器[J]. 杨霄垒,施斌友,黄召军,季惠才. 电子与封装. 2014(04)
[2]半导体激光器光电负反馈线性调频技术研究[J]. 吴映,陈迪俊,孙延光,蔡海文,瞿荣辉. 中国激光. 2013(09)
[3]应用拓展时域信号法抑制DFT频谱泄漏[J]. 张晓光,王艳芬,王刚,刘卫东. 实验科学与技术. 2012(05)
[4]锁相环电路在超声旋转加工设备中的应用[J]. 尚彦芝,蔡晓君,高钜. 新技术新工艺. 2011(12)
[5]FM/cw激光雷达系统设计与实验研究[J]. 赵继广,张智铨,邓陈. 装备指挥技术学院学报. 2009(03)
[6]调频线性度与零差拍线性调频连续波雷达的距离分辨力[J]. 汪学刚,袁湘辉,向敬成,冯建雄. 系统工程与电子技术. 1997(10)
[7]电调频半导体激光绝对测量干涉仪[J]. 武勇军,李达成. 激光技术. 1996(05)
[8]线性度对线性调频雷达距离分辨力的影响[J]. 宋景唯. 电子科技大学学报. 1992(02)
博士论文
[1]FMCW液位测量雷达系统设计及高精度测距原理研究[D]. 齐国清.大连海事大学 2001
硕士论文
[1]电流调谐半导体激光器绝对距离测量技术研究[D]. 张浩.哈尔滨工业大学 2016
[2]FMCW激光雷达信号处理与研究[D]. 赵昊.哈尔滨工业大学 2014
[3]相位连续的线性扫频技术[D]. 夏宗杨.上海交通大学 2014
[4]高性能电荷泵锁相环的设计与实现[D]. 李帅.武汉科技大学 2012
[5]线性调频连续波激光测距测速的研究[D]. 华昊.长春理工大学 2011
[6]高动态环境下扩频信号的捕获与跟踪算法研究[D]. 刘丽宁.燕山大学 2010
[7]基于CMOS工艺的射频发射芯片的设计[D]. 刘观承.湖南大学 2010
[8]高速低噪声电荷泵锁相环设计[D]. 田颖.天津大学 2008
[9]智能化的雷达信号处理和FMCW雷达在煤粉仓料位测量中的建模仿真[D]. 杨全丽.太原理工大学 2006
[10]LFMCW高线性度信号源技术研究[D]. 张永强.电子科技大学 2001
本文编号：3264867
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