基于相位解调方法的FMCW激光雷达高精度信号测量方法

摘要

基于相位解调方法的FMCW激光雷达高精度信号测量方法，它涉及一种抗激光器调频非线性干扰的信号解调方法。它为了解决现有的用于工件形貌检测的基于FMCW技术的激光雷达信号测量方法在提取拍频信号频率的解调技术上受激光器调频非线性的影响，并且在提取拍频信号频率时信号细分数受限于整个采样时间段内信号质量的缺陷，因此使测量精度低的问题。采用相位解调方法，获得调频激光雷达光路中的拍频信号相位变化量与测量光路相对于参考光路的时间延时τ的关系，计算出被测距离值R，实现FMCW激光雷达高精度信号测量方法。本发明适用于高精度FMCW激光雷达测距领域。

主权项

1.基于相位解调方法的FMCW激光雷达高精度信号测量方法，其特征在于，它由以下步骤实现：步骤1、采用激光器测量基于FMCW技术的激光雷达光路，测量时，对激光器进行线性啁啾调制，得到激光器输出的激光器的调频函数为：f(t)=f₀+αt+f_e(t)式中：f₀为激光初始频率，α=Ω/T_m，Ω为调频范围，T_m是啁啾调制周期，f_e(t)为调频非线性项，t为时间；步骤2、采用相位解调方法，获得调频激光雷达光路中的拍频信号相位变化量与测量光路相对于参考光路的时间延时τ的关系，其具体方法为：计算激光器的调频函数所对应的光相位函数为：式中：θ₀为初始时刻的光相位，为调频非线性项f_e在时间0到t内的积分,dξ表示时间t的微分；利用调频激光雷达光路原理，当测量光和参考光在探测器PD处产生拍频干涉时，测量光路光相位与参考光路相位差拍混频形成拍信号相位为：式中：τ为测量光路的延时时间，为调频非线性项f_e在时间t-τ到t内的积分当时，上式拍信号相位简化为：式中：为拍信号相位；在时间[t₀，t₀+T]内，得到的拍信号相位改变量为：式中：时间内的拍信号相位，为t₀时间内的拍信号相位，f(t₀+T)为（t₀+T）时间内的激光器的调频函数，f(t₀)为t₀时间内的激光器的调频函数；将步骤1中的激光器的调频函数f(t)=f₀+αt+f_e(t)带入拍信号相位改变量中，获得函数：式中：f_e(t₀+T)-f_e(t0)=0，f_e(t₀+T)为（t₀+T）时间内的调频非线性项，f_e(t₀)为t₀时间内的调频非线性项；根据公式：得到拍频信号相位变化量与测量光路相对于参考光路的延时时间τ的关系；步骤3、根据步骤2中获得的拍频信号相位变化量与测量光路相对于参考光路的延时时间τ的关系，计算被测距离R，实现FMCW激光雷达高精度信号测量方法。