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1、北方工业大学 本科毕业设计（论文）开题报告书题 目： 激光测距系统的设计与实现 指导教师： 牛长流 专业班级： 通信工程11-4 学 号： 11101060427 姓 名： 李 阳 日 期： 2015年 3 月 15日 一、选题的目的、意义如今人们逐渐开始采用连续波体制雷达用于测距、测速、气象预报等民用领域并获得了较理想的效果。在军事领域，随着低截获概率雷达在战场上应用优势日益明显 ，对低截获雷达的研究也日益广泛，雷达对目标的探测能力主要表现在雷达威力上由其发射的平均功率决定，连续波雷达的发射功率电平就比同样平均功率的脉冲雷达的峰值功率低，因此，同样战场环境下，连续波雷达被侦察到的概率就远远小
2、于脉冲雷达，可以大大提高战场生存能力。人们开始采用连续波体制用于近程、超低空目标及海上目标的探测与警戒。连续波雷达作为低截获雷达的发展方向之一，理论研究和实际应用也越来越深入。随着高速数字信号处理技术快速发展和生产工艺日益完善，数字信号处理器件处理能力迅速提高、高速的数字信号处理成为可能，使很多模拟处理转向数字信号处理，这使我们利用来进行便携式连续波雷达系统的信息处理成为可能。线性调频连续波雷达的应用通常都注意它的高分辨率和高测量精度。三角波线性调频连续波雷达利用差拍频率对固定目标进行检测，具有其独特的优势。如果采用锯齿波进行调制，由于锯齿波有一跳变，在整个系统中产生很强的调制周期信号，影响系
3、统的灵敏度。如果改用三角波进行调制，由于这样突变小了一点，因此系统中调制周期信号大大减弱，提高了系统性能。另外结合信号处理算法，三角波调制通过对上/下扫频段的差频信号分别进行处理并对目标上/下扫频段的差拍频谱进行配对处理，可消除距离速度祸合，实现多目标环境中运动目标的检测与参数估计。因此，三角波线性调频连续波雷达利用差拍频率对固定目标和动目标进行检测，具有其独特优势。二、本题的基本内容1、系统总体结构线性调频连续波激光测距仪受到国内外很多部门的关注，目前还处于研究试制阶段。图1所示为LFMCW激光测距仪系统的原理框图，该系统主要由信号发射模块、接收模块、数字信号处理模块三部分组成。信号发射端主
4、要由线性调频(Chirp)信号生成模块、激光调制电路、半导体激光器和发射光学系统组成;接收机由接收光学系统、光电探测器(APD)、跨导放大器、混频器、低通滤波器、中频放大器和A/D转换器组成;数字信号处理系统主要由FFT信号处理器和逻辑判断单元构成。发送模块 数字信号处理模块发射光学系统激光器 激光调制电路Chirp信号生成模块 距离解算门限检测频谱分析 接收光学系统APD跨导放大混频 延时的Chirp信号 中频信号 图1. LFMCW激光测距仪系统的原理框图低通滤波器中频放大A/D Chirp信号生成模块产生的线性调频信号一路送入激光调制电路作为半导体激光器的光强调制信号，另一路作为本地振荡
5、信号。光学系统对激光器发射光束进行适当的整形与扩束。回波信号通过接收光学系统聚焦到光电探测器上，光电探测器输出微弱的电流信号，经过跨导放大器后与Chirp信号生成模块送来的线性调频信号进行混频;混频器输出的信号经过滤波与放大后转化为数字信号。数字信号处理系统对中频数字信号进行频谱分析与过门限检测:当判断目标存在时，在频域中提取出目标的距离信息;当频域中无目标超越探测门限时，继续重复检测、判断的动作。2、测量原理Chirp信号是一种非平稳的正弦波信号如图3 (a)所示，该信号在时频坐标中呈现锯齿形的特点，即信号的频率随时间线性增加至最大值，然后又回到初始频率，继续随时间线性增加。如图3 (b)所
6、示为该信号的时域波形示意图。 LFMCW激光测距仪依据回波信号与发射信号的差频，对静止目标进行距离的测量，如图4所示，实线为发射信号的时频曲线，虚线为经理想目标反射的回波信号的时频曲线，因激光的传输需要一定的时间，使得发射信号与回波信号之间存在一定的频率差值。线性调频信号的初始频率为f0，扫频带宽为B，扫频周期为T，信号往返于目标与测距仪所需的时间为。线性调频发射信号的表达式为：S1（t）= A0cos(2f0t +kt2 + 0 ),0tT (1)式中：A0为发射信号的幅度；k=B/T为扫频斜率；0为初始相位。发射信号的瞬时频率表达式为： (2) 对于距离为R的目标，相对发射信号，回波信号的
7、时延为 (3)式中，C为光速。回波信号的表达式为 其中，为衰减系数。因此，回波的瞬时频率为 发射信号与回波信号混频后，经过低通滤波器得到的中频信号在tT的表达式为故中频信号为一正弦信号，其频率为将k=B/T与（3）式代入（7）式中得到目标的距离表达式为三、完成期限和主要措施第12周：收集参考资料、翻译外文资料第34周：撰写开题报告，准备开题答辩第5周：查阅、翻译外文资料第6周：学习protel等软件第78周：C语言及其它硬件语言方面参考资料的学习和整理第913周：软、硬件设计及激光发射电路驱动和仿真第14周：整理设计资料第15周：撰写论文，提交论文草稿第1618周：修订论文，准备答辩四、预期达
8、到的目标能达到激光测距的目的，误差为5m之内。五、主要参考文献1 调频波探测性能分析程受浩，王彦平，刘华，徐德华 (北京理工大学，北 京100081)2 线性调频连续波激光测距仪原理及性能分析,陈峰，张晓永，尚生华(总装备部武汉军事代表局驻焦作地区军事代表室，河南焦作454001)3 线性调频连续波激光雷达测量方法研究,曾朝阳、张晓永、贾鑫 ( 1 装备指挥技术学院光电装备系, 北京101416; 2 武汉军事代表局驻焦作地区代表室, 河南焦作454001)4 线性调频连续波激光雷达探测原理分析，张晓永，陈峰，李晓庆 ( 总装备部武汉军事代表局驻焦作地区军事代表室， 河南焦作454001)5
9、线性调频连续波激光雷达信号处理研究，张海洋, 赵长明, 杨苏辉, 符铭铄(1北京理工大学光电学院, 北京100081; 2北京科技大学, 北京100083)6 张洪润，等. 电子线路及应用. 北京：科学出版社,2003. 7 刘明.激光在测距上的应用J.技术监督实用技术,1999,1（5）：134-141. 8 王古常，孙斌，成勇.军用脉冲激光测距技术与研究现状J,2003,1(4):55-99. 9 李适民.激光器件原理与设计M.北京：国防工业出版社,1998. 10 吴应民.便携式脉冲激光测距仪的研制D.西安电子科技大学硕士学位文,2009.11 Palorvi P，Ruotsalaine
10、n T， Kostamovara J. A new approach to avoid walk error in pulsed laser range findingJ.IEEE. In-term. Sympos. On Circu and System Pro，1999(1):258-261.12 M L Simposon, M J Paulus. Discriminator design considerationsfor time-interval measurement Circmts in collider detector sys-terns J. IEEE Trans. Nuel. Sci，1998,45(1) :98一104. 六、指导教师意见（包括毕业实习） 指导教师签字： 年 月 日七、系审查意见 系主任签章： 年 月 日 八、学院审查意见 院长签章： 年 月 日
