《1.55μm激光线性调频扫描成像的仿真与实验研究（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1.55μm激光线性调频扫描成像的仿真与实验研究（学位论文-工学）（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、硕士学位论文1.55m 激 光 线 性 调 频 扫 描 成 像 的 仿 真 与 实 验研究STUDY OF SIMULATION ANDEXPERIMENT ON LFMCW SCANNINGIMAGING LIDAR高洁哈尔滨工业大学2011 年 6 月国 内 图 书 分 类 号 ： TN958.98 学 校 代 码 ： 10213国 际 图 书 分 类 号 ： 621.396.96 密 级 ： 公 开工学硕士学位论文1.55m 激 光 线 性 调 频 扫 描 成 像 的 仿 真 与 实 验研究硕 士 研 究 生 ： 高 洁导 师 ： 王 春 晖 教 授申 请 学 位 ： 工 学 硕 士学
2、科 、 专 业 ： 物 理 电 子 学所 在 单 位 ： 光 电 子 信 息 科 学 与 技 术 系答 辩 日 期 ： 2011 年 6 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index: TN958.98U.D.C: 621.396.96Dissertation for the Master Degree in EngineeringSTUDY OF SIMULATION ANDEXPERIMENT ON LFMCW SCANNINGIMAGING LIDARCandidate： Gao JieSupervisor： Prof.Wang Chunhui
3、Academic Degree Applied for： Master of EngineeringSpeciality： Physical-ElectronicsAffiliation： Dept. of Opto-electronics informationScience and TechnologyDate of Defence： June, 2011Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文摘 要激 光 雷 达 是 目 前 解 决 高 精 度 感
4、知 周 围 环 境 三 维 图 像 信 息 最 有 效 的 技 术 手 段 之一 。 激 光 雷 达 作 为 一 种 有 源 深 度 信 息 传 感器， 是 传 统 雷 达 技 术 与 现 代 激 光 技 术 相结 合 的 产 物 。 它 具 有 一 系 列 独 特 的 优 点 ：具有 极 高 的 角 分 辨 率 、 极 高 的 距 离 分 辨率 和 极 高 的 速 度 分 辨 率 ， 测 速 范 围 广 ， 能 获 得 目 标 的 多 种 图 像 ， 抗 干 扰 能 力 强 等 。本 论 文 采 用 线 性 调 频 技 术 获 取 目 标 距 离 信 息 ， 同 时 利 用 X-Y 二 维
5、检 流 计 式 扫 描 振镜 得 到 目 标 的 二 维 平 面 信 息 ， 最 终 结 合 这 两 种 技 术 获 取 目 标 的 三 维 图 像 。 LFMCW技 术 由 于 具 有 大 的 时 宽 带 宽 积 ， 既 能 获 得高的 距 离 分 辨 率 ， 又 能 获 得 远 作 用 距 离和 高 的 速 度 分 辨 率 ， 可 解 决 普 通 雷 达 存 在的远 作 用 距 离 和 高 距 离 分 辨 率 之 间 的 矛盾。本文主要研究线性调频信号的差拍- 傅里叶变换测距测速算法，并通过仿真和实 验 验 证 该 算 法 的 可 行 性 。首 先 设 计 了 1.55m LFMCW 扫
6、描 成 像 激 光 雷 达 的 系 统 结 构 ， 分 析 了 线 性 调 频信 号 的 时 域 及 频 域 特 性 ， 对 线 性 调 频 发 射信号 及 目 标 回 波 信 号 进 行 了 软 件 仿 真 ，并 讨 论 了 信 号 的 时 宽 带 宽 与 激 光 雷 达 作 用距离 和 距 离 分 辨 率 及 速 度 分 辨 率 之 间 的关 系 。其 次 介 绍 了 线 性 调 频 信 号 的 脉 冲 压 缩 原 理 ， 并 利 用 MATLAB 软件仿真了目标回 波 信 号 的 正 交 解 调 及 匹 配 滤 波 的 过 程 ， 详 细 介 绍 了 通 过 MATLAB 软 件 设 计
7、 模 拟滤 波 器 的 方 法 ， 并 探 讨 了 加 窗 技 术 对 脉 冲压缩 信 号 的 影 响 。 以 对 称 三 角 波 信 号 为例，研究了线性调频信号差拍- 傅里叶变换测距测速算法，对差拍时域信号进行了详 细 的 分 析 ， 最 后 对 不 同 距 离 、 速 度 的 目标进 行 了 仿 真 实 验 ， 得 出 结 论 ： 对 称 三角 波 线 性 调 频 信 号 能 够 很 好 的 解 决 目 标 距 离 速 度 耦 合 问 题 。最 后 在 实 验 方 面 进 行 了 线 性 调 频 测 距 实 验 ， 研 究 了 差 拍 信 号 频 率 与 测 量 距 离 、信 号 调 制
8、 带 宽 以 及 调 制 周 期 之 间 的 关 系 。在分 别 改 变 调 制 周 期 及 调 制 带 宽 的 情 况下 进 行 了 4 组 测 量 实 验 ， 通 过 示 波 器 观 察 拍 频 信 号 ， 分 析 了 两 种 实 验 方 案 的 实 验结果，讨论了实验值与理论值之间存在偏差的原因，验证了线性调频信号差拍- 傅里 叶 变 换 测 距 算 法 的 可 行 性 。关键词：激光成像雷达；线性调频；脉冲压缩；数字信号处理I哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文AbstractLaser radar is one of the most effective tec
9、hnologies to process high precisioninformation of 3D image. As an active depth information sensor, laser radar is combinedby traditional radar and modern laser techniques. It has a series of special advantages,high angle resolution, high range resolution and high speed resolution, widely limits ofsp
10、eed measurement, muti-objective imaging, strong capability of anti-jamming, etc. Inthis paper the information of distance is obtained by LFM technology, at the same timethe two-dimension plan information of the target is obtained by galvanometric scanner,then the three-dimension information is obtai
11、ned by these two technologies. Thetechnology of LFMCW has large product of timewidth and bandwidth, as a result highrange resolution and high speed resolution in remote can be obtained. So the conflictbetween distance and range resolution in common radar is solved. In this paper theresearch is conce
12、ntrated on speed and distance measurement heterodyning-FFTalgorithm of LFM signal. And the feasibility is confirmed by simulation andexperiment.Firstly, the structure of system of 1.55m LFMCW laser radar is devised. At thesame time, the properties of time domain and frequency domain of LFM signal is
13、analyzed, then transmitting signal and target echo signal of LFM are simulated bysoft-ware, and the relationship of timewidth, bandwidth of signal and the measureddistance, range resolution and speed resolution are discussed.Secondly, the pulse compression principle of FLM signal is analyzed. And th
14、eprocesses of quadrature demodulation and matched filtering to the echo signal aresimulated by MATLAB. The method of designing analog filter by MATLAB isintroduced, and the effect by window technique to compressed pulse signal is analyzed.Take symmetrical triangular wave signal as a example, speed a
15、nd distance measurementheterodyning-FFT algorithm of LFM signal is introduced, the heterodyning signal intime dominate is researched, then the experiment in different conditions whichincluding different speed and different distance is done. At last the conclusion is got thatsymmetrical triangular wa
16、ve can couple the speed and distance well.In the LFMCW distance measurement experiment, the relation of frequency ofheterodyning signal between distance, bandwidth of modulating signal and modulationperiod is discussed. In condition of different bandwidths of modulating signal anddifferent modulation period, we get four sets of data, and the heterodyning signal can beseen by oscillograph.The reasons of the deviation between theory and p
