调频连续波激光雷达测距系统仿真

阐述调频连续波激光雷达测距原理,通过实验对比距离分辨率、栅栏效应和随机误差对调频连续波激光雷达测距误差大小的影响,探讨调频连续波激光雷达的测距系统在不同距离下的测距精度。

基于相位拼接的调频连续波激光雷达跳模影响消除方法

为了消除激光跳模对调频连续波激光测距的影响,提出了一种基于重采样信号相位拼接的跳模影响消除方法。该方法利用重采样信号相位展开求导的结果来定位激光跳模发生的时间,并对重采样信号跳模处两端的峰值进行相位拼接来去除跳模段的重采样信号。通过对相位拼接后的重采样信号进行Chirp-Z变换可以得到不受激光跳模影响的目标距离谱。系统对光程约为21.16m的延时光纤进行多次测量,实验效果证明此方法可以消除调频激光跳模对距离测量的影响,并实现了12μm的测距标准差。

调频连续波激光雷达技术进展

调频连续波激光雷达将调频连续波测距与激光探测技术相结合,具有测距范围大、距离分辨率高、可进行多普勒测速、有利于片上集成等优点。本文首先对调频连续波激光雷达的测量原理进行分析。随后,根据光源不同将调频连续波激光雷达分为三类,分别对其技术特点和研究现状进行阐述。最后,对目前调频连续波激光雷达的前沿应用进行了简单介绍。

用于无创血糖检测的调频连续波激光雷达技术理论分析

连续无创血糖检测能够更好地实现对糖尿病的管理和治疗。提出一种利用调频连续波(FMCW)激光雷达技术实现无创血糖测量的方案,通过检测皮肤散射系数的改变来测量血糖浓度的变化。与传统的光学相干层析成像血糖检测法相比,结构更简单,利于实现仪器的小型化、便携化。FMCW激光雷达无创血糖测量系统采用差分干涉的方法,将时域的信号转移到频域,通过分析频域信号斜率来获得被测物体的散射系数。分析了频率调制信号为锯齿波的情况,建立了系统工作过程的数学模型,并讨论了激光器性能对系统分辨率的影响。利用蒙特卡罗方法对类人体组织液进行仿真,分析了不同葡萄糖浓度时信号斜率的变化。仿真结果表明,当葡萄糖浓度增大20 mmol/L时,系统信号斜率下降35%,与米氏散射理论计算值相符。最后介绍了以二氧化硅小球悬浊液作为检测样品的原理验证性实验。从实验的结果可以看出,系统信号斜率与样品散射系数成正比,初步验证了该方法的可行性。

散斑噪声对相干激光雷达系统性能的影响

散斑噪声会影响调频连续波(FMCW)相干激光雷达的拍频信号质量,进而影响雷达的探测性能。为衡量该影响并优化系统设计,采用几何光学近似的方法对散射场进行了简化处理。通过蒙特卡罗模拟仿真建立了散斑噪声对系统拍频信号强度的影响模型,并优化了系统光学天线孔径的设计。系统测试实验结果表明,拍频信号的强度与粗糙面高度和波长的比值成负指数关系,且弱散射表面的信号强度衰减更快。实验结果与理论和仿真分析相吻合,优化设计后的系统可对存在散斑噪声的拍频信号进行有效探测,且其测距和测速误差分别小于1 cm和0.05 cm/s。

APD的混频性能受自身散热的影响

雪崩光电二极管(APD)在调频连续波激光雷达接收机中既能实现探测又能完成混频.为了研究APD在光电混频过程中是否受自身温度的影响,依据混频性能定义和已知的APD增益模型建立了混频性能模型,包括混频效率模型和混频信噪比模型.基于APD增益模型和混频性能模型,采用实验研究的方法,探究了APD混频性能受自身散热的影响.实验结果和理论分析一致表明,APD自身散热越差,即APD自身温度越高,其增益越小且混频性能越差,混频效率和混频信噪比都随着APD自身温度的升高而减小.

空间电荷效应对雪崩光电二极管增益影响的研究

雪崩光电二极管(APD)可以作为调频连续波(FMCW)激光雷达的光电探测器并同时实现混频功能,其光电混频技术是制约FMCW激光雷达接收与处理技术中自混频性能的核心问题之一。APD在实现光电混频的过程中,空间电荷效应会对其增益产生一定的影响。基于APD经验增益模型和空间电荷的理论分析,对原增益模型进行了改进。通过实验研究证明改进增益模型的正确性,由此论证了APD在强光照条件下,APD增益受空间电荷电阻、串联负载电阻和总电流的影响,从而确定了APD作为FMCW激光雷达光电探测器时其混频性能的影响因素。