大带宽双扫频激光测距技术研究

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1、硕士学位论文大带宽双扫频激光测距技术研究RESEARCHONWIDEBANDWIDTHDUALSWEPTLASERRANGINGTECHNOLOGY程书博哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH741.4学校代码：10213国际图书分类号：681.2密级：公开工程硕士学位论文大带宽双扫频激光测距技术研究硕士研究生：程书博导师：刘国栋教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH741.4U.D.C:681.2Disse

2、rtationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONWIDEBANDWIDTHDUALSWEPTLASERRANGINGTECHNOLOGYCandidate：ChengShuboSupervisor：Prof.LiuGuodongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMeterEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutom

3、ationDateofDefence：June，2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要扫频干涉测量是一种理想的大尺寸的绝对距离测量方法，具备高精度、非合作目标测量能力和不存在测距盲区的优势，通过增加扫频带宽，可以获得很高的测距分辨率和精度，且由于采用外差干涉测量技术，可获得较高的测量信噪比。本文主要研究了双外腔激光器扫频干涉绝对距离测量技术，提出了两种方案分别完成对目标的静态测量和动态测量，并通过仿真验证了两种实验方案的可行性，最终搭建了实验系统

4、，验证了其测量精度和振动抑制效果。前期仿真中，本文提出通过双外腔可调谐激光器大带宽反向啁啾同步扫频干涉测量，消除多普勒效应引起的动态误差，同时提出基于信号混频等频率间隔重采样同步校正双向扫频非线性的方案，解决双外腔可调谐激光器扫频非线性不一致难以同步校正的问题，实现高精度动态扫频干涉测量。分别对振动目标与运动目标进行了仿真测距分析，验证了以上方法的有效性，同时对比了本文提出的方法与现有方法在不同信噪比下的测距精度，结果表明本文所提方法在非合作目标测量能力上具有明显优势。针对运动目标，本文提出了一种提取信号相位的方法完成了对于目标位移的测

5、量，并且通过对运动目标进行仿真验证了这一方案。后期实验系统搭建时，编写了双激光器同步触发控制软件，完成了对激光器的扫频控制；通过实验方案分析，设计了双外腔扫频干涉实验光路，经过测试，光路达到实验测量要求；通过搭建实验系统，完成了对合作目标和非合作目标的静态测量，测得合作目标1m范围内重复性最好为0.80μm，测得5.7m和10.9m处金属杆的重复性分别为8.4μm和13.7μm；通过对振动目标和匀速运动目标的动态测量结果分析，振幅6μm振动频率50Hz目标测量精度为0.23μm，对10mm/s匀速运动目标测量误差为0.0042mm/s。

6、关键词扫频干涉测量；绝对距离测量；FMCW；多普勒频移-I-AbstractAbstractSwept-frequencyinterferometryisanideallarge-scaleabsolutedistancemeasurementmethod.Ithastheadvantagesofhigh-precision,non-cooperativetargetmeasurementcapabilityandtheabsenceofmeasurementblindspots.Byincreasingthesweepbandwidt

7、h,ahighrangeresolutioncanbeobtained.Andaccuracy,andduetotheuseofheterodyneinterferometrytechnology,canobtainhighermeasurementsignaltonoiseratio.Inthispaper,thetechniqueofmeasuringtheabsolutedistancebetweentwoexternalcavitylaserswithsweptfrequencyinterferenceisstudied.Two

8、kindsofschemesareproposedtoachievestaticmeasurementanddynamicmeasurementofthetargetrespectively.Thefeas