發(fā)布時間：2017-10-18 01:13

  本文關(guān)鍵詞：電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器絕對距離測量技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 調(diào)頻連續(xù)波 電流調(diào)諧 絕對距離測量 光電鎖相環(huán) 非線性校正

【摘要】：調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光絕對距離測量技術(shù)具備非接觸測量、脫離導(dǎo)軌、不依賴合作目標(biāo)和無需太多人工干預(yù)等優(yōu)勢,具備測量精度高、測量范圍大和自動化程度高的特點,是獲取大尺寸目標(biāo)三維信息的重要途徑。電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器因其封裝尺寸小、使用靈活、調(diào)諧速度快、價格低廉的優(yōu)勢逐漸成為FMCW激光絕對距離測量的理想光源。本文主要研究了采用電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為激光光源的FMCW絕對距離測量系統(tǒng),設(shè)計了光電鎖相環(huán)系統(tǒng)對電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的調(diào)頻非線性進行了校正,并搭建了基于非線性校正半導(dǎo)體激光器的FMCW絕對距離測量實驗系統(tǒng),驗證了其測量精度和重復(fù)性。首先,研究了FMCW激光絕對距離測量的原理以及對稱三角波方式調(diào)頻(STFMCW)抑制振動影響的原理,分析了調(diào)頻非線性對測距的影響。其次,對調(diào)頻非線性校正方法進行了研究,包括迭代算法預(yù)校正、基于光電鎖相環(huán)的閉環(huán)校正,詳細(xì)分析了光電鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)以及數(shù)學(xué)模型,重點研究了其主要參數(shù)以及對測距的影響;設(shè)計了一種基于割線法的迭代預(yù)校正算法,并給出了其數(shù)學(xué)模型以及算法流程。然后,詳細(xì)介紹了光電鎖相環(huán)系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案以及光電鎖相環(huán)各個模塊參數(shù)的測量方法,設(shè)計了數(shù)學(xué)模型,對參數(shù)計算結(jié)果進行了仿真驗證;設(shè)計了DDS標(biāo)準(zhǔn)源以向光電鎖相環(huán)提供穩(wěn)定而準(zhǔn)確的參考信號。最后,對所設(shè)計的DDS標(biāo)準(zhǔn)源進行了測試和評估,實驗驗證了迭代算法預(yù)校正的校正效果,制作并調(diào)試了光電鎖相環(huán)電路,將迭代算法預(yù)校正以及光電鎖相環(huán)相結(jié)合最終實現(xiàn)了穩(wěn)定且高精度的閉環(huán)鎖定,實現(xiàn)了對電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的線性調(diào)頻,對鎖定效果進行了測試評估,并實現(xiàn)了頻率牽引和任意波形調(diào)頻;利用鎖定后的激光器進行了FMCW測距實驗,給出了標(biāo)定方法,通過與雙頻激光干涉儀的測距比對,證明測距系統(tǒng)具有較高的測量精度和良好的重復(fù)性,對振動目標(biāo)進行了測量,驗證了對稱三角波方式調(diào)頻對振動影響的抑制能力,結(jié)合所建立的數(shù)學(xué)模型分析了測距系統(tǒng)的噪聲及誤差來源。
【關(guān)鍵詞】：調(diào)頻連續(xù)波 電流調(diào)諧 絕對距離測量 光電鎖相環(huán) 非線性校正
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN248.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題背景及研究意義9-12
• 1.1.1 FMCW激光絕對距離測量技術(shù)概況9-11
• 1.1.2 電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2 論文的主要研究內(nèi)容12-14
• 第2章 FMCW絕對距離測量及調(diào)頻非線性研究14-23
• 2.1 引言14
• 2.2 FMCW絕對距離測量原理14-19
• 2.3 激光器調(diào)頻非線性對測量的影響19-21
• 2.4 半導(dǎo)體激光器調(diào)頻非線性特性21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第3章 電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)頻非線性校正方法23-42
• 3.1 引言23-24
• 3.2 鎖相環(huán)基本理論24-30
• 3.2.1 鎖相環(huán)階數(shù)與類型26
• 3.2.2 鎖相環(huán)的跟蹤特性26-27
• 3.2.3 鎖相環(huán)帶寬與環(huán)路增益27-30
• 3.2.4 鎖相環(huán)相位裕度30
• 3.3 光電鎖相環(huán)數(shù)學(xué)模型分析30-36
• 3.3.1 光電鎖相環(huán)各模塊模型分析31-32
• 3.3.2 光電鎖相環(huán)的小信號分析32-34
• 3.3.3 激光器的頻率鎖定34-35
• 3.3.4 鎖定不確定度對測距重復(fù)性的影響35-36
• 3.4 迭代算法預(yù)校正方法36-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光電鎖相環(huán)系統(tǒng)設(shè)計42-61
• 4.1 引言42
• 4.2 光電鎖相環(huán)系統(tǒng)42-45
• 4.3 分模塊參數(shù)測量45-47
• 4.3.1 等效VCO增益系數(shù)測量45-46
• 4.3.2 鑒相器參數(shù)測量46-47
• 4.4 環(huán)路濾波器設(shè)計與仿真47-55
• 4.4.1 參數(shù)計算47-54
• 4.4.2 參數(shù)仿真54-55
• 4.5 基于DDS的標(biāo)準(zhǔn)信號源設(shè)計55-59
• 4.6 本章小結(jié)59-61
• 第5章 實驗系統(tǒng)搭建與分析61-77
• 5.1 引言61
• 5.2 DDS標(biāo)準(zhǔn)源測試61-62
• 5.3 迭代算法預(yù)校正效果測試62-64
• 5.4 光電鎖相環(huán)校正效果測試64-70
• 5.4.1 鎖定效果評估64-68
• 5.4.2 頻率牽引68-69
• 5.4.3 任意波形調(diào)頻69-70
• 5.5 測距實驗70-74
• 5.5.1 系統(tǒng)標(biāo)定70-71
• 5.5.2 測距比對71-72
• 5.5.3 單目標(biāo)重復(fù)性測試72-73
• 5.5.4 振動目標(biāo)測量73-74
• 5.6 誤差影響因素分析74-75
• 5.7 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻79-85
• 致謝85

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