频率调制连续波激光雷达测量技术的非线性校正综述

现代测量技术中,频率调制连续波激光雷达结合了传统雷达和激光干涉测量的优点,凭借其非接触性、测量范围大、分辨率高和抗干扰能力强等特性,在大尺寸空间精密测量、微小测量以及生物计量等领域发挥着至关重要的作用。但实际应用中,激光光源的频率调制不能呈现出完全线性,使得频率调制连续波激光雷达技术的测量精度严重下降。所以,如何抑制激光的调频非线性带来的影响成为频率调制连续波激光雷达测量领域的一项研究热点。本文介绍了频率调制连续波激光雷达的工作原理,根据频率调制非线性校正方案的不同,针对性地介绍和分析了四种应用较为广泛和部分特殊的非线性校正方法,并进行了总结和展望。

基于频率调制连续波的干涉型光纤声传感器信号检测技术

针对光纤干涉仪存在的相位衰落问题,讨论了基于正弦波形的频率调制连续波(FMCW)和锯齿波FMCW两种干涉型光纤声传感器的信号检测原理,并给出了数字化信号解调方案。采用7.5 m臂差的光纤声传感器和具备调频功能的半导体激光器,对10 kHz正弦波FMCW和锯齿波FMCW两种调频方式进行了信号解调实验对比。解调结果表明,两种调制解调方案均能稳定检测出加在声传感器上的模拟声信号,消除了光纤干涉仪的相位衰落。但在实际工程应用中,与正弦波FMCW检测方案相比,锯齿波FMCW方案无需检测混频信号的初始相位,检测灵敏度高且稳定,算法实现更为简单,而且使用不同臂差的光纤传感器可实现传感器的频分复用。

以半导体激光器线性频率调制为基础的距离测量

给出一种以频率调制连续波（ＦＭＣＷ）技术为基础的进行无接触、无累加误差和较大动态范围距离测量方法。由可调谐半导体激光器产生一个啁啾信号，通过测量拍信号频率计算距离。用商用ＧａＡｌＡｓ激光器组成的测量系统的动态范围为１ｍ，测距精度达１０－３。

声表面波射频识别系统的FMCW信号源设计

频率调制连续波(FMCW)的产生(即FMCW信号源)是声表面波射频识别系统频域采样阅读器的重要组成部分。为了满足扫频速度、带宽和线性度等要求,采用直接数字频率合成器(DDS)与锁相环(PLL)混频,并结合IQ调制的方式设计了超高频FMCW信号源。实际制作了信号源电路,DDS芯片输出I、Q两路正交信号,并分别以差分形式传输至IQ调制芯片进行上变频。测试了DDS输出信号的差分、正交特性,分别对信号源产生的单频信号和扫频信号进行了测试。最后搭建系统对声表面波标签进行测试。测试结果表明信号源设计的有效性。

HL-2A装置上的快扫Q波段微波反射系统研制

介绍了在HL-2A装置上发展的一套快速扫频的Q波段外差微波反射系统，用于高时空分辨测量等离子体边缘到约束区的电子密度分布。该系统采用外差式连续波扫频调制技术（VCO），由外部任意波电压控制，工作频率为33～50GHz，全波段扫频周期达到6μs。在台面标定中发展了 VCO 源的动态标定技术，并解决了微波源及器件的非线性响应、波导的色散特性等因素造成差频频率动态范围过大的问题，使反射面固定时系统输出的差频为定频信号，有利于降低噪声干扰和数据处理。同时发展了直接相位处理技术，实现快速的电子密度分布反演。实验中用该微波反射系统测得了L模、H模等不同等离子体放电条件下的电子密度分布，观测ELM爆发前后台基区的形成与垮塌过程。

道路环境中激光雷达互干扰的仿真研究

为解决汽车激光雷达的相互干扰造成目标检测与跟踪性能的严重下降的问题,从空间、时间和调制频率等方面出发,研究脉冲方式和频率调制连续波方式激光雷达在道路环境中可能存在的各种干扰,通过仿真计算干扰发生的概率、分析干扰的特征,以及干扰对测量性能下降的影响。针对可能存在的干扰问题,指出使用伪随机码调制连续波激光器输出幅度的方式可以有效降低干扰发生的概率,保证激光雷达在道路环境中有效可靠地工作。

基于FMCW的光缆线路异常检测方法

针对目前常见的同时需要大动态范围和高空间分辨率的应用,提出了基于频率调制连续波(FMCW)技术的光缆线路异常检测方法,分析了系统空间分辨率与光源扫描速率、频谱分析仪分辨率带宽之间的关系,讨论了非线性扫频、相位噪声对系统空间分辨率的影响,搭建了FMCW检测实验系统,得到了光纤后向散射曲线,分别在24.54 km和49.55 km的单模光纤检测中得到了8.22 m和11.32 m的反射事件的空间分辨率,提高了反射事件的空间分辨率。

LD泵油Nd:YVO_4激光器的测距应用(英文)

将ＬＤ泵浦的Ｎｄ：ＹＶＯ４激光与连续波频率调制技术相结合，提出一种绝对距离测量新方案。小尺寸的Ｎｄ：ＹＶＯ４晶体提高了光源的时间相干性，这一点对于长距离测量有重要意义。通过引入补偿通道，消除ＰＺＴ非线性调制的影响。实验结果证明了该方案的可行性。

双参考光半导体调频距离测量

利用半导体线性调频可以实现对距离的绝对测量,但半导体激光器的光频调制特性受环境温度变化的影响很大,限制了该方法的测量精度和稳定性,无法走出实验室。为了解决这一难题,本文提出一种采用双参考光的绝对测量方法。通过测量两个拍信号频率,消除了温度的影响,提高了测量精度。这种方法对促进距离绝对测量的实用化有重要的意义。

分布式全光纤微振动传感器研究

振动主动控制是消除干扰和提高机械加工精度的主要手段之一。振动主动控制的前提是对频率在5kHz以上微振动信号进行准确测量。针对现有光纤光栅传感器在测量高频微振动信号上存在的频率低、结构复杂、无法分布式测量等不足,采用频率调制连续波(FMCW)技术结合光强度调制,设计了一种全光纤分布式微振传感器,并通过压电换能器(PZT)微振测量实验和仿真对传感器的性能进行验证,能够分布式测量频率最高为60kHz的微振动信号。

FMCW反射计检测距离影响因素分析

频率调制连续波(FMCW)反射计以其高动态范围和窄的空间分辨率优势,在光网络检测、集成光路诊断和光纤传感等领域有着广泛的应用前景。在介绍FMCW反射计基本原理的基础上,分析了光源扫描重复频率、光源功率与FMCW反射计检测距离之间的关系,并探讨了光源相干长度和相位噪声对检测距离的影响。理论分析表明,当待测光纤的长度接近光源的相干长度时,中频信号和相位噪声之间的信噪比会急剧下降,所以FMCW反射计要使用高相干性的光源和一定的相位噪声补偿方法才能应用于长距离的光纤检测。