基于线性调频的激光雷达测距系统设计
发布时间：2021-01-09 11:55
激光雷达自上世纪60年代被提出以来,经过多年的研究和发展,其研究方向和领域众多,其中线性调频连续波激光雷达（LFMCW Ladar）的研究成了当前重要的研究方向。应用线性调频连续波雷达进行激光测距是近年来研究的热点,其具有高分辨率、测距精度高、无距离盲区等优点,被广泛应用于环境感知、气象研究、高精度测距等领域。本课题针对基于线性调频的激光雷达测距系统中分布反馈（DFB）半导体激光器的大宽带线性调频信号的产生做了深入研究后,设计了基于光电锁相环的线性调频系统,并对半导体激光器的驱动信号进行迭代补偿进一步优化了线性调频系统,从而实现激光器发出大宽带线性调频光。本论文设计的激光线性调频系统是线性调频激光雷达测距系统的重要基础。本文主要完成以下几方面的内容:1、介绍线性调频连续波激光测距原理和DFB激光器的电流调频特性,并指出和分析半导体激光器的电流调频非线性对差频信号的影响以及对测距的影响。2、针对DFB激光器的电流调频非线性问题提出解决方案——设计基于光电锁相环的线性调频系统,详细分析该线性调频系统中光电锁相环的原理。3、设计基于光电锁相环的线性调频系统的具体硬件电路,根据线性调频系统框图...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蝶形半导体激光器
如图 2.7 所示，右边为理想的线性调频的差频信号的频谱，其频率比较单一。左边为调频非线性导致的差频信号频谱，其具有一定的频谱展宽。图2.7 调频信号的非线性导致的差频信号频谱展宽2.5 本章小结本章首先介绍了激光测距的基本原理，然后具体介绍了线性调频连续波激光测距原理，并根据三角波线性调频测距模型推导出距离公式，距离分辨率和测距精度，且分析了测距精度的影响因素。然后介绍了 DFB 激光器以及它的电流调频特性，具体分析了 DFB 激光器的电流调频非线性所带来的对差频信号和测距精度的影响。本章的调频测距原理和 DFB 激光器电流调频非线性的分析为下文具体解决调频非线性问题并提出具体方案有着重要的意义。
4.2 光电锁相环电路设计本光电锁相环电路板卡设计实物图和 PCB 图如图 4.2 所示：图4.2 光锁相环电路板卡（左图为实物图，右图为 PCB 图）光电锁相环电路可等效为电学锁相环，包含有等效的压控振荡器、鉴相器、环路低通滤波器和参考信号四部分。因此本节接下来将从这四个部分分别介绍具体的电路设计。其等效电学锁相环的框图如图 4.3 所示压流转换器U-IDFB激光器 隔离器光功率分路器（90/10）光功率分路器（50/50）光学耦合器光电探测器（PD）鉴相器环路低通滤波器（LFP）积分器加法器三角波电压驱动信号90%输出10%延时光纤，时延为正弦参考信号等效压控振荡器图4.3 等效电学锁相环框图4.2.1 等效压控振荡器光电锁相环电路等效的压控振荡器部分如图 4.3 蓝色虚线框所示，该等效压控振荡器是由压流转换电路、DFB 激光器、光纤光路部分、光电探测器、积分器和加法器
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AD9106的超声线性发射系统设计[J]. 俞毅刚. 中国医疗器械杂志. 2016(05)
[2]基于FPGA的DDS信号源研究与设计[J]. 南楠,赵立新. 沈阳工程学院学报(自然科学版). 2016(01)
[3]石化企业总平面设计优化方法问题研究[J]. 李晓峰. 化工管理. 2015(18)
[4]一种窄脉冲激光的测量方法[J]. 于红岩,荣宪伟,张伟光. 哈尔滨师范大学自然科学学报. 2015(02)
[5]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)
[6]基于FPGA的DDS波形发生器的研究与设计[J]. 任星怡,孙静. 黑龙江科技信息. 2011(13)
[7]频率扫描干涉法绝对测距中运动误差的补偿研究[J]. 李志栋,江月松,桑峰,王林春,邓士光,辛遥,郭泾平. 光学学报. 2011(03)
[8]MSM激光距离成像雷达中线性调频信号的产生[J]. 余明权,李海廷,路英宾,高剑波,陈德章,卿光弼. 激光与红外. 2010(09)
[9]基于FPGA的高精度多路同步脉冲产生系统研究[J]. 陈伯俊,周俊敏,马军勇. 科学技术与工程. 2010(19)
[10]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)
博士论文
[1]基于微流控芯片的微光电检测系统研究[D]. 蔡恩林.浙江大学 2016
硕士论文
[1]LED光通信调制解调技术研究[D]. 商红梅.电子科技大学 2016
[2]基于统一平台的系列多参数生理信号监测仪的硬件开发[D]. 吴灶全.浙江大学 2016
[3]DFB半导体激光器线性调频技术研究[D]. 赵清云.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于FPGA的任意波信号发生器的硬件设计与实现[D]. 谢标.北京工业大学 2015
[5]基于拍频法的线性调频连续波激光测距研究[D]. 向康.哈尔滨工程大学 2015
[6]高精度激光测距雷达系统硬件设计[D]. 林涛.西安电子科技大学 2014
[7]电力线多载波通信原型系统设计[D]. 董晔.南京航空航天大学 2014
[8]基于双频调制信号的相位法距离测量研究[D]. 范圆圆.中北大学 2014
[9]基于FPGA的高精度脉冲激光测距系统研究[D]. 李军.西安工业大学 2014
[10]高精度半导体激光器控制系统的设计与实现[D]. 马超.曲阜师范大学 2014
本文编号：2966605
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蝶形半导体激光器
如图 2.7 所示，右边为理想的线性调频的差频信号的频谱，其频率比较单一。左边为调频非线性导致的差频信号频谱，其具有一定的频谱展宽。图2.7 调频信号的非线性导致的差频信号频谱展宽2.5 本章小结本章首先介绍了激光测距的基本原理，然后具体介绍了线性调频连续波激光测距原理，并根据三角波线性调频测距模型推导出距离公式，距离分辨率和测距精度，且分析了测距精度的影响因素。然后介绍了 DFB 激光器以及它的电流调频特性，具体分析了 DFB 激光器的电流调频非线性所带来的对差频信号和测距精度的影响。本章的调频测距原理和 DFB 激光器电流调频非线性的分析为下文具体解决调频非线性问题并提出具体方案有着重要的意义。
4.2 光电锁相环电路设计本光电锁相环电路板卡设计实物图和 PCB 图如图 4.2 所示：图4.2 光锁相环电路板卡（左图为实物图，右图为 PCB 图）光电锁相环电路可等效为电学锁相环，包含有等效的压控振荡器、鉴相器、环路低通滤波器和参考信号四部分。因此本节接下来将从这四个部分分别介绍具体的电路设计。其等效电学锁相环的框图如图 4.3 所示压流转换器U-IDFB激光器 隔离器光功率分路器（90/10）光功率分路器（50/50）光学耦合器光电探测器（PD）鉴相器环路低通滤波器（LFP）积分器加法器三角波电压驱动信号90%输出10%延时光纤，时延为正弦参考信号等效压控振荡器图4.3 等效电学锁相环框图4.2.1 等效压控振荡器光电锁相环电路等效的压控振荡器部分如图 4.3 蓝色虚线框所示，该等效压控振荡器是由压流转换电路、DFB 激光器、光纤光路部分、光电探测器、积分器和加法器
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AD9106的超声线性发射系统设计[J]. 俞毅刚. 中国医疗器械杂志. 2016(05)
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[3]石化企业总平面设计优化方法问题研究[J]. 李晓峰. 化工管理. 2015(18)
[4]一种窄脉冲激光的测量方法[J]. 于红岩,荣宪伟,张伟光. 哈尔滨师范大学自然科学学报. 2015(02)
[5]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)
[6]基于FPGA的DDS波形发生器的研究与设计[J]. 任星怡,孙静. 黑龙江科技信息. 2011(13)
[7]频率扫描干涉法绝对测距中运动误差的补偿研究[J]. 李志栋,江月松,桑峰,王林春,邓士光,辛遥,郭泾平. 光学学报. 2011(03)
[8]MSM激光距离成像雷达中线性调频信号的产生[J]. 余明权,李海廷,路英宾,高剑波,陈德章,卿光弼. 激光与红外. 2010(09)
[9]基于FPGA的高精度多路同步脉冲产生系统研究[J]. 陈伯俊,周俊敏,马军勇. 科学技术与工程. 2010(19)
[10]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)
博士论文
[1]基于微流控芯片的微光电检测系统研究[D]. 蔡恩林.浙江大学 2016
硕士论文
[1]LED光通信调制解调技术研究[D]. 商红梅.电子科技大学 2016
[2]基于统一平台的系列多参数生理信号监测仪的硬件开发[D]. 吴灶全.浙江大学 2016
[3]DFB半导体激光器线性调频技术研究[D]. 赵清云.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于FPGA的任意波信号发生器的硬件设计与实现[D]. 谢标.北京工业大学 2015
[5]基于拍频法的线性调频连续波激光测距研究[D]. 向康.哈尔滨工程大学 2015
[6]高精度激光测距雷达系统硬件设计[D]. 林涛.西安电子科技大学 2014
[7]电力线多载波通信原型系统设计[D]. 董晔.南京航空航天大学 2014
[8]基于双频调制信号的相位法距离测量研究[D]. 范圆圆.中北大学 2014
[9]基于FPGA的高精度脉冲激光测距系统研究[D]. 李军.西安工业大学 2014
[10]高精度半导体激光器控制系统的设计与实现[D]. 马超.曲阜师范大学 2014
本文编号：2966605
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