【摘 要】
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线性调频连续波(FMCW,Frequency Modulated Continuous Wave)激光器雷达测距是一种高精度测量技术,具有不接触被测物体,无需测量导轨,测量场景广泛的特点。测距中必须有一个高调频线性度的可调谐激光器,利用两路光干涉形成的差拍信号提取位置信息。在实际测量中,具有线性调频连续波特性的半导体激光器存在固有的调频非线性,使得差拍信号的频谱出现展宽,测量结果的精度和分辨率变低
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线性调频连续波(FMCW,Frequency Modulated Continuous Wave)激光器雷达测距是一种高精度测量技术,具有不接触被测物体,无需测量导轨,测量场景广泛的特点。测距中必须有一个高调频线性度的可调谐激光器,利用两路光干涉形成的差拍信号提取位置信息。在实际测量中,具有线性调频连续波特性的半导体激光器存在固有的调频非线性,使得差拍信号的频谱出现展宽,测量结果的精度和分辨率变低,因此研制出高性能的激光器调频非线性校正系统具有重要的意义。本文基于测距模型研究了FMCW测距原理,分析了激光器调频非线性对测距产生的影响。运用开环校正的思想,设计了基于上、下位机相结合的电流调谐半导体激光器频率非线性校正系统,上、下位机之间采用以太网通信,保证数据可靠传输和指令发送外,还便于多台激光器的组网校正。在上位机基于MATLAB实现迭代校正算法,该算法对高速数据采集器采集的差拍信号进行希尔伯特变换,通过比较理想与实际的瞬时频率曲线求出非线性误差,并以减小该误差为优化目标,在上一次驱动电流的基础上迭代出新的驱动电流,此外上位机用于更新下位机的波形表。在下位机自主设计了任意波形恒流源电路,通过输出特定的非线性驱动电流使激光器达到线性调频的效果,下位机基于ARM为核心设计了波形发生电路、信号调理电路、恒流源电路和网口通信电路。此外为实现自动化校正,在任意波形恒流源电路中设计了触发输出模块,用于控制高速数据采集器的起始工作时间点。经测量任意波形恒流源电路输出值与额定值的相对误差为0.03%,为校正工作打下了基础。对激光器校正前后的调频线性度进行了对比分析,结果表明经过多次迭代校正后非线性度由未校正前的14.3%降低到了0.5%以内,线性度提高了30倍以上,激光器趋近于理想的线性调频,提高了测距的精度和分辨率。
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