1.55μm激光线性调频扫描成像的仿真与实验分析

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1、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

2、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1.55μmLFMCW扫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

3、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

4、业大学工学硕士学位论文AbstractLaserradarisoneofthemosteffectivetechnologiestoprocesshighprecisioninformationof3Dimage.Asanactivedepthinformationsensor,laserradariscombinedbytraditionalradarandmodernlasertechniques.Ithasaseriesofspecialadvantages,highangleresolution,highrangeresolutionandhighs

5、peedresolution,widelylimitsofspeedmeasurement,muti-objectiveimaging,strongcapabilityofanti-jamming,etc.InthispapertheinformationofdistanceisobtainedbyLFMtechnology,atthesametimethetwo-dimensionplaninformationofthetargetisobtainedbygalvanometricscanner,thenthethree-dimensioninformat

6、ionisobtainedbythesetwotechnologies.ThetechnologyofLFMCWhaslargeproductoftimewidthandbandwidth,asaresulthighrangeresolutionandhighspeedresolutioninremotecanbeobtained.Sotheconflictbetweendistanceandrangeresolutionincommonradarissolved.Inthispapertheresearchisconcentratedonspeedandd

7、istancemeasurementheterodyning-FFTalgorithmofLFMsignal.Andthefeasibilityisconfirmedbysimulationandexperiment.Firstly,thestructureofsystemof1.55μmLFMCWlaserradarisdevised.Atthesametime,thepropertiesoftimedomainandfrequencydomainofLFMsignalisanalyzed,thentransmittingsignalandtargetec

8、hosignalofLFMaresimulatedb