[發明專利]基于相位解調方法的FMCW激光雷達高精度信號測量方法

無效

• 申請號: 201310079927.4
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103163513A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 甘雨;陳鳳東;唐烽;劉國棟;劉炳國;莊志濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

1.基于相位解調方法的FMCW激光雷達高精度信號測量方法，其特征在于，它由以下步驟實現：

步驟1、采用激光器測量基于FMCW技術的激光雷達光路，測量時，對激光器進行線性啁啾調制，得到激光器輸出的激光器的調頻函數為：

f(t)=f₀+αt+f_e(t)

式中：f₀為激光初始頻率，α=Ω/T_m，Ω為調頻范圍，T_m是啁啾調制周期，f_e(t)為調頻非線性項，t為時間；

步驟2、采用相位解調方法，獲得調頻激光雷達光路中的拍頻信號相位變化量與測量光路相對于參考光路的時間延時τ的關系，其具體方法為：

計算激光器的調頻函數所對應的光相位函數為：

式中：θ₀為初始時刻的光相位，為調頻非線性項f_e在時間0到t內的積分,dξ表示時間t的微分；

利用調頻激光雷達光路原理，當測量光和參考光在探測器PD處產生拍頻干涉時，測量光路光相位與參考光路相位差拍混頻形成拍信號相位為：

式中：τ為測量光路的延時時間，為調頻非線性項f_e在時間t-τ到t內的積分

當時，上式拍信號相位簡化為：

式中：為拍信號相位；

在時間[t₀，t₀+T]內，得到的拍信號相位改變量為：

式中：時間內的拍信號相位，為t₀時間內的拍信號相位，f(t₀+T)為（t₀+T）時間內的激光器的調頻函數，f(t₀)為t₀時間內的激光器的調頻函數；

將步驟1中的激光器的調頻函數f(t)=f₀+αt+f_e(t)帶入拍信號相位改變量中，獲得函數：

式中：f_e(t₀+T)-f_e(t0)=0，f_e(t₀+T)為（t₀+T）時間內的調頻非線性項，f_e(t₀)為t₀時間內的調頻非線性項；

根據公式：

得到拍頻信號相位變化量與測量光路相對于參考光路的延時時間τ的關系；

步驟3、根據步驟2中獲得的拍頻信號相位變化量與測量光路相對于參考光路的延時時間τ的關系，計算被測距離R，實現FMCW激光雷達高精度信號測量方法。

2.根據權利要求1所述的基于相位解調方法的FMCW激光雷達高精度信號測量方法，其特征在于，步驟3中根據拍頻信號相位變化量與測量光路相對于參考光路的時延τ的關系計算被測距離R是通過公式：

實現的；

式中：c為光速，Ω為調頻范圍。