相位調(diào)制激光多普勒頻移測(cè)量方法可以兼顧直接探測(cè)和相干探測(cè)兩種頻移測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì),具有良好的發(fā)展前景。然而由于相位調(diào)制多普勒頻移測(cè)量方法問(wèn)世較晚,在一些方面的研究尚不夠完善,尤其是其動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍較低,難以滿足實(shí)際的測(cè)量需求。另外,正是因?yàn)閷?duì)相位調(diào)制多普勒激光雷達(dá)的研究較少,針對(duì)此方法目前尚未有與之匹配的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)�；诖�,本文主要開(kāi)展了以下兩項(xiàng)工作:一是以提高相位調(diào)制多普勒頻移測(cè)量方法的動(dòng)態(tài)范圍為目的,提出一種新的信號(hào)處理方法,并驗(yàn)證了該方法的正確性;二是針對(duì)此信號(hào)處理方法設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)的硬件部分展開(kāi)了設(shè)計(jì),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。本文提出了“星跡圖”矢量方法來(lái)測(cè)量相位調(diào)制信號(hào)光的多普勒頻移,該方法利用相位調(diào)制信號(hào)的交流和直流分量中所有的鑒頻參量在二維或三維坐標(biāo)系的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)頻移測(cè)量,該方法不但具有相干探測(cè)測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn),還兼顧直接探測(cè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),經(jīng)分析,該方法可以將測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍提高約10倍,并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該方法的正確性和有效性。本文對(duì)相位調(diào)制多普勒激光雷達(dá)后端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同樣展開(kāi)了研究,主要從總體方案設(shè)計(jì),硬件選型、FPG... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱師范大學(xué)黑龍江省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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多普勒雷達(dá)的測(cè)速原理圖

哈爾濱師范大學(xué)碩士學(xué)位論文8cffvcos201（2-3）由式（2-3）可知，在雷達(dá)發(fā)射頻率已知的情況下，接收器只要能夠檢測(cè)出波的多普勒頻移量，雷達(dá)就可以得到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度。2.2相位調(diào)制多普勒激光雷達(dá)測(cè)速原理2.2.1相位調(diào)制激光多普勒頻移測(cè)量原理相位調(diào)制多普勒激光雷達(dá)是通過(guò)調(diào)制回波信號(hào)光的正弦相位，使其能夠產(chǎn)生多階正、負(fù)邊帶，并保留其中的正負(fù)一階邊帶，接著通過(guò)F-P標(biāo)準(zhǔn)具調(diào)整原有載波和正負(fù)一階邊帶的振幅和相位，使其能夠得到頻率穩(wěn)定的拍頻信號(hào)，擁有拍頻信號(hào)就可以得出信號(hào)光的頻移量，根據(jù)多普勒測(cè)速原理就可以得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度，相位調(diào)制多普勒激光雷達(dá)測(cè)速原理框圖如圖2-2所示。圖2-2相位調(diào)制多普勒激光雷達(dá)測(cè)速原理框圖Figure2-2velocitymeasurementprincipleblockdiagramofphasemodulatedDopplerlidar圖2-2中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)先發(fā)出指令使本振光從激光器射出，由相位調(diào)制器對(duì)其進(jìn)行相位調(diào)制，經(jīng)過(guò)偏振棱鏡和1/4波片到達(dá)被測(cè)目標(biāo)，然后經(jīng)過(guò)反射的信號(hào)光進(jìn)入過(guò)1/4波片和偏振分光棱鏡處理，再由擴(kuò)束器對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)束后，垂直入射到F-P干涉儀上，然后透射過(guò)去的信號(hào)光又由光電探測(cè)器進(jìn)行收集測(cè)量，光電探測(cè)器的信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集后由計(jì)算機(jī)處理，最終得到被測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度。單頻信號(hào)光通過(guò)相位調(diào)制器調(diào)制后，其場(chǎng)強(qiáng)可表示為[33]：expin0E=Eiωt+βsinΩt（2-4）式（2-4）中，0E為本振光的初始光強(qiáng)，為相位調(diào)制器的調(diào)制深度，為相位調(diào)制器的調(diào)制頻率，為本振光的頻率。應(yīng)用貝塞爾函數(shù)變換對(duì)式（2-4）進(jìn)行展開(kāi)，可得到：001exp1expninnnnnEEJintJint（2-5）式（2-5）中，經(jīng)相位調(diào)制器調(diào)制后的場(chǎng)強(qiáng)由載波（等式第一項(xiàng)）與一系列正負(fù)邊

第2章相位調(diào)制多普勒激光雷達(dá)信號(hào)處理算法研究9頻帶疊加（等式第二項(xiàng)）組成。根據(jù)式（2-5）可以得出相位調(diào)制光的頻譜分布和邊帶能量隨調(diào)制深度的變化如圖2-3，圖2-4所示。由圖2-1可以看出對(duì)應(yīng)的邊帶在相反相位的情況下其振幅大小相等。圖2-4中，信號(hào)光的頻率會(huì)隨著調(diào)制深度的增加而改變，可以看出，當(dāng)調(diào)制深度小于0.9rad/V時(shí)，二階以上的邊帶（包括二階）的振幅遠(yuǎn)小于原載波的振幅，因此將其忽略，則場(chǎng)強(qiáng)可簡(jiǎn)化為載波以及正、負(fù)一階邊帶之和，有：in0011EEJexpitJexpitJexpit（2-6）圖2-3相位調(diào)制頻譜分布圖圖2-4能量分布隨調(diào)制深度的變化Figure2-3spectrumdistributionofphasemodulationFig.2-4changeofenergydistributionwithmodulationdepth經(jīng)F-P干涉儀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，其對(duì)稱性會(huì)遭到破壞，從而產(chǎn)生拍頻信號(hào)，此時(shí)場(chǎng)強(qiáng)可表示為：out0011EEJTexpitJTexpitJTexpit（2-7）在接收信號(hào)光后，探測(cè)器會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流i，分別由直流di、一倍調(diào)制頻率i和二倍調(diào)制頻率2i組成，因此電流可由下式表達(dá)：2d2outiiiiE（2-8）式（2-8）中，直流di、一倍調(diào)制頻率i和二倍調(diào)制頻率2i分別可由下式表達(dá)：22222222d01010iEJTJTJTEh（2-9）2*2*0010012*2*001001expexpexpexpiEJJTTitEJJTTitEJJTTitEJJTTit（2-10）22*20122*01exp2exp2iEJTTitEJTTit（2-11）在頻移測(cè)量過(guò)程中，通常使用一倍調(diào)制頻率項(xiàng)，由歐拉公式對(duì)式（2-10）進(jìn)行


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