飛機(jī)外殼制造、飛行器設(shè)計(jì)、船舶外形定型等方面需要高精度、高效率的測量和檢測手段。激光掃頻干涉測量方法具有精度高、能進(jìn)行非合作目標(biāo)測量以及能夠全方位全角度測量目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)。掃頻干涉是外差干涉,因此可以獲得較高的信噪比,近年來成為絕對距離測量領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。對于測距系統(tǒng)來說,其測距精度正比于掃頻帶寬,可以通過增加掃頻帶寬的方法提高測距系統(tǒng)精度。本文重點(diǎn)研究擴(kuò)展半導(dǎo)體激光器的掃頻帶寬方法,通過頻譜拼接的方式實(shí)現(xiàn)了寬帶的掃頻測量。本文針對兩種半導(dǎo)體激光器,DFB激光器和陣列式DFB激光器,分別提出兩種不同的擴(kuò)展掃頻帶寬的方式。本文主要研究內(nèi)容有如下幾點(diǎn):（1）研究掃頻干涉測距原理,利用頻率采樣法和迭代算法預(yù)校正兩種方法進(jìn)掃頻非線性校正,消除由激光掃頻非線性帶來的頻譜展寬。根據(jù)測距原理和方案搭建了實(shí)驗(yàn)光路,完成針對兩種半導(dǎo)體激光器的掃頻實(shí)驗(yàn)。（2）針對DFB激光器,采用電流調(diào)諧與溫度相結(jié)合的調(diào)諧方式,在電流調(diào)頻的情況下,溫度從12℃變化到31℃。預(yù)先利用外腔激光器通過氣室標(biāo)定輔助路相位變化與光頻變化關(guān)系后,進(jìn)行測量實(shí)驗(yàn)。根據(jù)不同溫度下氣室路信號氣體吸收峰的絕對波長值以及信號的相位變化量,可以得到不同... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光FMCW絕對距離測量系統(tǒng)光路示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-7-因此，在平衡探測器上探測到的測量路信號相比于參考路信號會有延時，如圖2-2中延時由表示，測量路信號與參考路信號的頻率變化不是完全一致的，他們之間相差一個固定頻率值即拍頻信號bf，掃頻周期為T，初始掃頻頻率為0f，掃頻帶寬為B。圖2-2利用拍信號測距原理圖測量光與參考光的振幅可以表示為：()sin()ttttutat(2-1)()sin()rrrrutat(2-2)式中，ttπ2f，rrπ2f測量路與參考路信號干涉后產(chǎn)生的信號為2222222()()()()()2()()cos(22)cos(22)22cos[()()]2cos[()()]trtrtrtrtttrrrtrtrtrtrtrtrItSututSututututSaaatataataa(2-3)式中，S為探測器的靈敏度。由式(2-3)可知，測量路與參考路信號干涉后產(chǎn)生的信號包含了直流分量、倍頻分量以及和頻與差頻分量，但平衡探測器由于有限的探測帶寬，只能夠探測到干涉信號的差頻分量。測量路的光與參考路的光在平衡探測器上探測后得到的電信號可表示為()cos(2π)trItSaaft(2-4)式中，拍信號頻率btrffff，為相位差。設(shè)τ是延時時間，R是目標(biāo)距離，那么參考光的相位可以表示為

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-11-圖2-3非線性掃頻下的拍信號頻譜展寬示意圖當(dāng)測量兩個距離很近的空間目標(biāo)時，因?yàn)檎{(diào)頻非線性導(dǎo)致頻譜的展寬，導(dǎo)致兩目標(biāo)對應(yīng)的頻譜主峰發(fā)生交疊，如圖2-4所示，測距系統(tǒng)的分辨率很低，無法提取各自的頻譜，導(dǎo)致無法分辨兩目標(biāo)，無法實(shí)現(xiàn)高精度測量。圖2-4測量分辨率由于頻譜展寬降低示意圖線性電流調(diào)制激光器能夠輸出波長也線性變化的激光。由于激光輸出頻率與輸出波長成反比關(guān)系，因此采用線性電流調(diào)諧的激光器輸出的激光頻率必然是非線性的。增大掃頻速率，激光器固有的掃頻非線性將變得更加嚴(yán)重。本課題采用的是DFB激光器，如圖2-5所示的為激光器輸出的靜態(tài)頻率值隨注入電流的變化關(guān)系曲線。從圖中可以很明顯地看出DFB激光器線性電流調(diào)諧所產(chǎn)生的頻率的非線性。


本文編號：3107229