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1、2009年6月裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)June2009第20卷第3期JournaloftheAcademyofEquipmentCommand＆TechnologyVol.20No.3FM/cw激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究趙繼廣1,2,張智栓1,鄧陳2(1.裝甲兵工程學(xué)院控制工程系,北京100072；2.裝備指揮技術(shù)學(xué)院航天裝備系,北京101416)摘要:闡述了FM/cw激光雷達(dá)探測(cè)的基本原理,設(shè)計(jì)了由發(fā)射端、接收端和信號(hào)處理系統(tǒng)構(gòu)成的FM/cw激光雷達(dá)系統(tǒng)?；谠O(shè)計(jì)的激光雷達(dá)系統(tǒng),進(jìn)行了系統(tǒng)探測(cè)精度和距離分辨率實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:設(shè)計(jì)的FM/cw激
2、光雷達(dá)系統(tǒng),對(duì)3m距離目標(biāo)探測(cè)的測(cè)距精度可達(dá)到1.38cm；采用50MHz的調(diào)制帶寬,距離分辨率可達(dá)到3m,與理論分析值一致。關(guān)鍵詞:FM/cw激光雷達(dá)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；探測(cè)精度；距離分辨率中圖分類號(hào):TN958.98文章編號(hào):1673-0127(2009)03-0061-05文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI:10.3783/j.issn.1673-0127.2009.03.015ReSearchonDeSignandExperimentofFM/cwLidarSyStem1,2,ZHANGZhiquan1,DENGChen2ZHAOJiguang(1.Depa
3、rtmentofControlEngineering,theAcademyofArmoredForcesEngineering,Beijing100072,China；2.DepartmentofSpaceEquipment,theAcademyCommand＆Technology,Beijing101416,China)AbStract:AsummaryofFM/cwlidardetectiontheoryisintroduced.TheFM/cwlidarsystemisdesigned,whichcontainsthetransmitte
4、r,receiverandsignalprocesssystem.Thedetectionaccuracyandrangeresolutionexperimentsofthesystemhavebeendonebasedonthedesignedlidarsystem.TheexperimentresultsshowthattherangeaccuracyofthebreadboardFM/cwis1.38cm,andtherangeresolutionis3mwithbandwidthof50MHz,whichisaccordwiththet
5、heoryanalysisvalue.keywordS:FM/cwlidar；systemdesign；detectionaccuracy；rangeresolution激光雷達(dá)從20世紀(jì)60年代誕生以來(lái),經(jīng)過(guò)機(jī)。目前,國(guó)內(nèi)尚未對(duì)調(diào)頻式的激光雷達(dá)進(jìn)行相近半個(gè)世紀(jì)的迅猛發(fā)展,經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從關(guān)研究。低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過(guò)程,種類不斷得增加,功能不本文研究一種將激光高亮度、單色性、方向性[1]好和波束窄等優(yōu)點(diǎn)與微波雷達(dá)調(diào)頻測(cè)距原理相結(jié)斷得已完善和發(fā)展。憑借激光的方向性好、亮度高、單色性好、相干性強(qiáng)且頻率處于光波頻段的合的FM/cw激光雷達(dá),通過(guò)測(cè)
6、量激光往返傳輸顯著特點(diǎn),具有較高的分辨率和抗干擾能力,使其的調(diào)制頻率變化來(lái)獲取目標(biāo)距離信息。該體制激在測(cè)距、精確跟蹤、制導(dǎo)、引信傳感和探測(cè)等方面光雷達(dá)的距離信息包含在副載波的頻率當(dāng)中,受具有顯著優(yōu)勢(shì)[2]。目前,美國(guó)的Sandia實(shí)驗(yàn)室和光傳輸環(huán)境的影響較?。唤邮斩瞬捎昧朔窍喔傻奶綔y(cè)方式,對(duì)光源相干性和光頻穩(wěn)定性的要求不陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(armyresearchlaboratory,高；光電探測(cè)器探測(cè)到返回光后,其輸出直接與本ARL)分別對(duì)鑒相式和調(diào)頻式的激光雷達(dá)進(jìn)行了振信號(hào)進(jìn)行混頻得到頻率較低的中頻信號(hào),從而研究,并且搭建了原理樣機(jī)。浙江大學(xué)對(duì)
7、相位調(diào)[3-4]降低對(duì)接收機(jī)后續(xù)處理模塊帶寬的要求。制的激光雷達(dá)進(jìn)行了研究,同時(shí)也搭建了原理樣收稿日期:2009-01-04作者簡(jiǎn)介:趙繼廣,男,教授,博士研究生.主要研究方向:檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化.62裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)2009年11探測(cè)原理△fIF≈(7)T因此,距離分辨率為FM/cw激光雷達(dá)采用鋸齒波調(diào)制激光信號(hào)輸出,線性調(diào)頻發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)瞬時(shí)頻率隨△R=Tc·△fIF≈Tc·1=c(8)2△F2△FT2△F時(shí)間的變化曲線以及二者之間的頻率差如圖1△R為FM/cw激光雷達(dá)極限距離分辨率,因所示。此,FM/cw激光雷達(dá)的距離分辨率與線性調(diào)
8、頻信號(hào)帶寬成反比,帶寬越寬,距離分辨能力越高。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)FM/cw激光雷達(dá)系統(tǒng)包括激光發(fā)射端、接收端和信號(hào)處理系統(tǒng)3部分,根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成分別設(shè)計(jì)這3部分
