调频法测距资料

摘要作为一种激光测距方法，调频连续波激光测距是通过频率线性调制的发射信号与回波信号形成的稳定的拍频信号，再对拍频信号通过快速傅里叶变换来提取出待测目标距离信息的。

较其他激光测距方法相比，该方法具有较高的测距精度和分辨率、测距范围大、且可实现无合作目标的非接触测量等特点，故在10~100米大尺寸测量范围内受到广泛的应用。

目前关于如何提高该测距系统的测距精度和分辨率是激光测距领域重要的研究方向之一。

本文主要工作如下：1.深入对等光频间隔重采样算法的研究，提出了一种新的等间隔重采样方法，即同时取出拍频信号峰谷值位置的点和零点位置的点，并在以上位置处进行重采样，可以将辅助信号的采样频率较之前的采样方法相比提升一倍。

本方法增加了一倍的系统测距量程，同时也可以在待测距离不变的情况下，减小因辅助光纤长度过长带来的光纤色散。

2.提出了一种基于等光频间隔重采样的相位差频率估计算法。

这种方法相当于对傅里叶频谱进行了进一步的细化，可以对傅里叶频谱中两个点之间的信息进行进一步的获取，提高了测距的精度，并从算法仿真和实验的角度进行了验证。

3.对双光路干涉系统光路进行了原理分析和研究，并提出了一种新的思路，即在原双光路干涉系统的基础上引入一个分光镜和一个1/4波片构成一个新的光路，在待测目标位置不变的情况下增加了其一倍的光程，并推导证实改进后的光路能够将测距分辨率提高一倍。

4.掌握了双光路干涉系统、信号处理系统以及二维转台操作系统后，实现三维球坐标测量。

关键词：调频连续波，三维球坐标，相位差频率估计测频法，重采样ABSTRACTAs a laser ranging measurement method, Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) laser ranging is a stable beat frequency signal which is formed by the frequency linear modulated transmitting signal and echo signal, and then the distance information of the target is extracted by the fast Fourier pared with other laser ranging methods, the method has the characteristics of high ranging accuracy and resolution, wide ranging range and it is suitable for non-contact measurement without cooperative targets, so it is widely used in the 10-100 meter large-scale measurement range. At present, how to improve the ranging accuracy and resolution of the ranging system is one of the important research directions in the field of laser ranging.The main works of this paper are as follows:1.The equispaced-phase resampling algorithm was deeply researched and then a new resampling method is proposed.That is, taking out the peak-valley position and the zero position of the beat signal at the same time and then resampling at the above position, the sampling frequency of the auxiliary signal can be doubled compared with the previous sampling method. This method has doubled the range of system ranging and reduces the fiber dispersion caused by the length of auxiliary fiber when the distance to be measured is constant.2.A phase difference frequency estimation algorithm based on equispaced-phase resampling nonlinearity correction is proposed. This method is equivalent to a further refinement of Fourier spectrum, which can further obtain the information between two points in the Fourier spectrum and improve the ranging accuracy. The algorithm simulation and experiment are also carried out to verify the method.3.The principle of dual interferometer FMCW laser ranging system is analyzed and a new idea is proposed. A spectroscope and a 1/4 wave plate are introduced to form a new measurement optical path on the basis of the original dual-path interferometry system, and the optical path is doubled when the position of the target to be measured is unchanged, and the modification is proved by derivation. The new optical path can double the range resolution.4.The three-dimensional spherical coordinate measurement is realized aftermastering the dual interferometer FMCW laser ranging system, signal processing system and two-dimensional turntable operating system.KEY WORDS: FMCW, Three-dimensional spherical coordinates, Phase difference frequency estimation algorithm, Resampling.IV目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (3)1.2.1 国外研究现状 (3)1.2.2 国内研究现状 (4)1.3 课题来源及主要研究内容 (5)第2章 FMCW激光测距原理及等光频间隔重采样算法 (7)2.1 调频连续波激光测距原理 (7)2.2 FMCW测距精度及分辨率主要影响因素 (8)2.2.1 FMCW测距精度的主要影响因素 (8)2.2.2 FMCW测距分辨率的主要影响因素 (10)2.3 重采样算法原理 (11)2.4 调频连续波激光测距信号处理系统 (18)2.5 本章小结 (18)第3章调频连续波激光测距新算法和光路研究 (21)3.1 基于辅助信号的新重采样方法原理 (21)3.2 新采样算法仿真验证分析 (22)3.3 基于等光频间隔重采样相位差频率估计算法原理 (25)3.4 算法测距仿真分析 (27)3.5 算法实验验证分析 (30)3.6 双光路干涉测距系统研究 (32)3.7 本章小结 (35)第4章调频连续波激光测距误差分析 (37)4.1 激光器光源 (37)4.2 数据采集系统 (41)4.3 测量距离 (45)4.4 本章小结 (46)第5章基于调频连续波激光测距的球坐标测量 (49)5.1 高精密二维转台概述 (49)5.1.1 二维转台系统简介 (49)5.1.2 二维转台主要技术指标以及操作流程 (51)5.2 基于调频连续波激光雷达三维球坐标测量 (53)5.3 本章小结 (58)第6章总结与展望 (59)6.1 全文总结 (59)6.2 论文创新点 (60)6.3 工作展望 (61)参考文献 (63)发表论文和参加科研情况说明 (67)致谢 (69)第1章绪论第1章绪论1.1 研究背景与意义目前随着现代化工业不断创新，高新科技层出不穷，社会对于大尺寸测量的需求与日俱增且趋多元化。

1 雷达原理笔记之LFMCW雷达测距测速
1 雷达原理笔记之LFMCW雷达测距测速
1.1 单边扫频锯齿波
1.1.1 静止目标回波分析
1.1.2 运动目标回波分析
1.1.3 优缺点分析
1.2 双边扫频三角波
1.2.1 运动目标回波分析
调频连续波雷达在当今的雷达行业仍占有较高的地位。

由于其无盲区测距的巨大优势，现在人们更多地将其应用在车载雷达行业。

调频连续波雷达现在主要有单边扫频（锯齿波）和双边扫频（三角波）两种调制形式。

1.1 单边扫频锯齿波
上图就是典型的单边扫频连续波雷达的图像，调频斜率。

1.1.1 静止目标回波分析
静止目标（或者径向速度为0）的目标没有多普勒频移，因此回波信号在频率轴没有频移而只是在时间上延后时间。

雷达接收机前端将发射信号和回波信号进行混频得到差拍频率。

有如下关系式：
由此可以解得：
由此便可求出距离目标的距离。

而静止目标（或者径向速度为0）。

与脉冲体制雷达一样，单边扫频锯齿波雷达同样存在蹴鞠模糊问题：
当回波信号的时间延迟大于单边扫频锯齿波雷达的周期时会出现距离测量的模糊现象。

真实目标距离与测量值相差整数个最大不模糊距离（）。

1.1.2 运动目标回波分析
由上图可以清楚地看出，目标的多普勒频移、差拍频率以及回波延时,满足如下关系：
进一步整理，得到：
1.2 双边扫频三角波
上图就是典型的单边扫频连续波雷达的图像，调频斜率。

1.2.1 运动目标回波分析
根据上图可以清楚的看出、、、有如下关系：。

用线性调频扩频技术测距的室内质心定位方法段翠翠【摘要】提出一种利用线性调频扩频技术进行通信并实现测距的方法，该测距方法能够适用于复杂室内通信环境的无线传感器网络节点间的测距。

在三边测距定位的基础上，提出了四边测距定位算法，突破了三边测距定位的局限性。

为了进一步提高精度，采用了求质心和加权质心的方法。

实验结果表明，加权质心算法具有较高的精度，整个定位过程中，节点间无需额外的通信开销，具有广泛的实用性。

%In the paper,an approach which uses chirp spread spectrum technique to communicate and range is proposed.It can be used for ranging between wireless sensor nodes in the complex indoor communication environment.Based on the limitation of trilateration localiza-tion algorithm,the quadrilateral localization algorithm is proposed.In order to improve the location accuracy,the methods of computing centroid and weight centroid are used.The experiment results show that the weight centroid algorithm has a better accuracy.Since the al-gorithm is simple and no extra spending of communication is needed during locating,it can be used in many areas.【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》【年(卷),期】2016(016)012【总页数】3页(P19-21)【关键词】无线传感器网络;定位;CSS;质心算法【作者】段翠翠【作者单位】潍坊科技学院，潍坊 262700【正文语种】中文【中图分类】TN401随着计算机技术、微电子技术和无线通信等技术的进步，低功耗、多功能的无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)得到了快速发展[1]。

第14章 连续波（CW ）雷达和调频（FM ）雷达William K. Saunders14.1 CW 雷达的简介及其优点雷达的一般概念是发射脉冲能量并测量脉冲往返的时间以确定目标距离。

很早就知道，CW 具有测量多普勒效应的优点；若采用某种编码，则还能测量距离。

CW 雷达的优点是设备简单，发射频谱窄。

后者减少了无线电干扰问题，并使所有的微波预选、滤波等变得简单，即对所接收波形的处理也容易了，因为中频电路所要求的频带很窄。

同样，在采用固态元件方面，由于峰值功率一般比平均功率大不了多少，特别是当所需要的平均功率能为单个固态元件所承受时，CW 就更加引人注意了。

CW （非调制的）雷达的另一个非常明显的优点是，不论目标的速度有多大，相距的距离有多远，它都能处理而没有速度模糊。

可对脉冲多普勒雷达或是MTI 雷达而言，要具有这一优点，处理就得相当复杂。

当然，非调制的CW 雷达本身基本上不能测量距离。

调制的CW 雷达总要做不希望的折中（例如，在距离模糊和多普勒频率模糊之间的折中），这是相参脉冲雷达的致命弱点（参见第15章～第17章）。

由于CW 雷达发射其所需的平均功率时有着最小的峰值功率，并且又具有很高的频率分集性，因此不容易被侦察设备探测到。

特别是侦察接收机依靠脉冲结构产生声音指示或视觉指示时，这一点更为正确。

警用雷达和某些低电平人身探测雷达具有这种奇妙的特点。

即使是用最简单的视频型式斩波接收机，也不能在足够的距离上报警，从而不便于采取措施。

不能说CW 雷达有这么多优点而没有相应缺点。

信号泄漏，即发射机的发射信号及其噪声直接泄漏到接收机是CW 雷达存在的一个严重问题。

Hansen [1]、Varian [2]及其他作者早就认识到这个问题。

事实上，从CW 雷达的历史可以看出，由于有信号泄漏，因此一直都在力图提出巧妙的方法，以取得所要求的灵敏度。

14.2 多普勒效应在许多物理文献中都有对于多普勒现象完整的叙述，Skolnik [3]一书（第3章中的第68～69页）着重在雷达方面做了讨论。