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1、2009年6月装备指挥技术学院学报June2009第20卷第3期JournaloftheAcademyofEquipmentCommand＆TechnologyVol.20No.3FM/cw激光雷达系统设计与实验研究赵继广1,2,张智栓1,邓陈2(1.装甲兵工程学院控制工程系,北京100072；2.装备指挥技术学院航天装备系,北京101416)摘要:阐述了FM/cw激光雷达探测的基本原理,设计了由发射端、接收端和信号处理系统构成的FM/cw激光雷达系统。基于设计的激光雷达系统,进行了系统探测精度和距离分辨率实验,实验结果表明:设计的FM/cw激
2、光雷达系统,对3m距离目标探测的测距精度可达到1.38cm；采用50MHz的调制带宽,距离分辨率可达到3m,与理论分析值一致。关键词:FM/cw激光雷达；系统设计；探测精度；距离分辨率中图分类号:TN958.98文章编号:1673-0127(2009)03-0061-05文献标识码: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激光雷达从20世纪60年代诞生以来,经过机。目前,国内尚未对调频式的激光雷达进行相近半个世纪的迅猛发展,经历了由简单到复杂,从关研究。低级到高级的发展过程,种类不断得增加,功能不本文研究一种将激光高亮度、单色性、方向性[1]好和波束窄等优点与微波雷达调频测距原理相结断得已完善和发展。凭借激光的方向性好、亮度高、单色性好、相干性强且频率处于光波频段的合的FM/cw激光雷达,通过测
6、量激光往返传输显著特点,具有较高的分辨率和抗干扰能力,使其的调制频率变化来获取目标距离信息。该体制激在测距、精确跟踪、制导、引信传感和探测等方面光雷达的距离信息包含在副载波的频率当中,受具有显著优势[2]。目前,美国的Sandia实验室和光传输环境的影响较小；接收端采用了非相干的探测方式,对光源相干性和光频稳定性的要求不陆军研究实验室(armyresearchlaboratory,高；光电探测器探测到返回光后,其输出直接与本ARL)分别对鉴相式和调频式的激光雷达进行了振信号进行混频得到频率较低的中频信号,从而研究,并且搭建了原理样机。浙江大学对
7、相位调[3-4]降低对接收机后续处理模块带宽的要求。制的激光雷达进行了研究,同时也搭建了原理样收稿日期:2009-01-04作者简介:赵继广,男,教授,博士研究生.主要研究方向:检测技术与自动化.62装备指挥技术学院学报2009年11探测原理△fIF≈(7)T因此,距离分辨率为FM/cw激光雷达采用锯齿波调制激光信号输出,线性调频发射信号和回波信号瞬时频率随△R=Tc·△fIF≈Tc·1=c(8)2△F2△FT2△F时间的变化曲线以及二者之间的频率差如图1△R为FM/cw激光雷达极限距离分辨率,因所示。此,FM/cw激光雷达的距离分辨率与线性调
8、频信号带宽成反比,带宽越宽,距离分辨能力越高。2系统设计FM/cw激光雷达系统包括激光发射端、接收端和信号处理系统3部分,根据系统构成分别设计这3部分
