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连续波激光雷达测距新方法的研究

作　者: 迟婷婷
导　师: 袁其平
学　校: 天津理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 相位式 激光测距 单调制连续波 多频连续波
分类号: TN958.98
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着数字信号处理、集成电路等现代电子技术的不断发展,各行各业对测量技术的测量范围,精度,速度,可靠性等都提出了越来越高的要求。上世纪60年代,激光的出现为激光测距技术奠定了坚实的基础。作为一般测距系统中的理想光源,激光具有其他自然光线不具备的优点,激光测距系统能够达到更加优异的性能。目前,激光测距仪的正在朝着小型化,数字化,方便快捷,人性化,高精度的方向发展,这就对相位法激光测距系统整体性能的提高提出了新的要求。本课题选用半导体激光器作为光源,发射连续波激光信号。由于激光在传播过程中产生衰减,接收到的激光信号比较微弱,设计一种能够尽量多的接收到能量的光学系统是十分重要的,针对以上问题,本课题采用了一种类似望远镜式的光学系统。本文的主要内容包括：第一部分对激光雷达的种类及工作原理加以分析,并比较了激光雷达与微波雷达的优缺点。通过介绍激光技术的原理以及对目前国内外发展现状的论述,探讨了激光测距技术未来的发展方向。第二部分对几种常用的激光测距技术加以介绍,分析了相位式与脉冲式激光测距基本原理,着重分析了相位式激光测距,最后对各种测距方法的优缺点加以比较总结。第三部分介绍了在相位式测量领域比较具有代表性且应用广泛的同步解调法、数字相关法、自动数字测相法、向量内积法、FFT算法等主要的相位测量技术。第四部分总结了各种激光测距方法的发展现状及不足,针对原有相位式激光测距系统存在的相位鉴别精度不高,系统复杂,抗干扰能力不强等问题,提出了单调制连续波激光测距和多频激光测距这两种相位式激光测距新方法,对这两种测距方法的原理分别加以介绍,并验证了这里两种方法在技术途径上的可行性。通过VC6.0编程,进行仿真计算,给出实验数据,OriginPro8对数据进行拟合,并加以分析。第五部分对具有测距精度高、测量距离远等优点的单调制连续波激光测距系统加以设计,并对关系到系统性能的几个关键问题进行了比较分析。最后,在实现系统功能的基础上,又在理论上分析了相位误差和波长误差对系统测量精度的影响,为整个系统的误差分析奠定了理论基础。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 激光雷达与微波雷达的比较  11-15
    1.2.1 激光雷达基本原理  11-12
    1.2.2 激光雷达的分类及特点  12-14
    1.2.3 激光雷达与微波雷达的比较  14-15
  1.3 激光测距仪的优点及国内外发展现状  15-17
    1.3.1 激光测距仪的优点  15-16
    1.3.2 激光测距仪国内外的发展  16-17
  1.4 论文主要创新点  17-18
第二章 激光测距技术  18-27
  2.1 脉冲法激光测距  18-21
    2.1.1 脉冲激光测距原理  18-20
    2.1.2 时刻鉴别方法  20-21
  2.2 相位式激光测距  21-24
    2.2.1 相位式激光测距原理  22-24
  2.3 其他测量方法  24-25
    2.3.1 干涉法激光测距  24
    2.3.2 反馈法激光测距  24-25
  2.4 几种测距方法的比较  25-26
  本章小结  26-27
第三章 相位鉴别技术  27-35
  3.1 自动数字测相法  27-28
  3.2 数字相关法  28-31
    3.2.1 传统的互相关检测法  29-30
    3.2.2 多重相关法  30-31
  3.3 傅里叶变换法  31-32
  3.4 同步解调法  32-33
    3.4.1 传统的同步解调测相  32-33
    3.4.2 数字同步解调测相  33
  3.5 向量内积法  33-34
  本章小结  34-35
第四章 两种新的连续波激光测距方法  35-42
  4.1 频率组合法激光测距  35
  4.2 多频连续波激光测距  35-38
    4.2.1 测距原理  35-38
    4.2.2 结果分析  38
  4.3 单调制连续波激光测距  38-41
    4.3.1 测距原理  38-40
    4.3.2 结果分析  40-41
  本章小结  41-42
第五章 激光测距系统设计  42-52
  5.1 系统总体说明  42-43
  5.2 系统设计及器件的选择  43-49
    5.2.1 发射模块  43-45
    5.2.2 接收模块  45-47
    5.2.3 处理模块  47-49
  5.3 光学系统设计  49-50
  5.4 单调制连续波激光测距误差分析  50-51
  本章小结  51-52
第六章 总结与展望  52-53
参考文献  53-57
发表论文和科研情况说明  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达：按体制分 > 光学定位雷达、激光雷达
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