激光測距論文開題報(bào)告

1、北方工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告書題 目： 激光測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 指導(dǎo)教師： 牛長流 專業(yè)班級(jí)： 通信工程11-4 學(xué) 號(hào)： 11101060427 姓 名： 李 陽 日 期： 2015年 3 月 15日 一、選題的目的、意義如今人們逐漸開始采用連續(xù)波體制雷達(dá)用于測距、測速、氣象預(yù)報(bào)等民用領(lǐng)域并獲得了較理想的效果。在軍事領(lǐng)域，隨著低截獲概率雷達(dá)在戰(zhàn)場上應(yīng)用優(yōu)勢日益明顯 ，對(duì)低截獲雷達(dá)的研究也日益廣泛，雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測能力主要表現(xiàn)在雷達(dá)威力上由其發(fā)射的平均功率決定，連續(xù)波雷達(dá)的發(fā)射功率電平就比同樣平均功率的脈沖雷達(dá)的峰值功率低，因此，同樣戰(zhàn)場環(huán)境下，連續(xù)波雷達(dá)被偵察到的概率就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小

2、于脈沖雷達(dá)，可以大大提高戰(zhàn)場生存能力。人們開始采用連續(xù)波體制用于近程、超低空目標(biāo)及海上目標(biāo)的探測與警戒。連續(xù)波雷達(dá)作為低截獲雷達(dá)的發(fā)展方向之一，理論研究和實(shí)際應(yīng)用也越來越深入。隨著高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)快速發(fā)展和生產(chǎn)工藝日益完善，數(shù)字信號(hào)處理器件處理能力迅速提高、高速的數(shù)字信號(hào)處理成為可能，使很多模擬處理轉(zhuǎn)向數(shù)字信號(hào)處理，這使我們利用來進(jìn)行便攜式連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)的信息處理成為可能。線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的應(yīng)用通常都注意它的高分辨率和高測量精度。三角波線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)利用差拍頻率對(duì)固定目標(biāo)進(jìn)行檢測，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢。如果采用鋸齒波進(jìn)行調(diào)制，由于鋸齒波有一跳變，在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生很強(qiáng)的調(diào)制周期信號(hào)，影響系

3、統(tǒng)的靈敏度。如果改用三角波進(jìn)行調(diào)制，由于這樣突變小了一點(diǎn)，因此系統(tǒng)中調(diào)制周期信號(hào)大大減弱，提高了系統(tǒng)性能。另外結(jié)合信號(hào)處理算法，三角波調(diào)制通過對(duì)上/下掃頻段的差頻信號(hào)分別進(jìn)行處理并對(duì)目標(biāo)上/下掃頻段的差拍頻譜進(jìn)行配對(duì)處理，可消除距離速度禍合，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)環(huán)境中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測與參數(shù)估計(jì)。因此，三角波線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)利用差拍頻率對(duì)固定目標(biāo)和動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測，具有其獨(dú)特優(yōu)勢。二、本題的基本內(nèi)容1、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)線性調(diào)頻連續(xù)波激光測距儀受到國內(nèi)外很多部門的關(guān)注，目前還處于研究試制階段。圖1所示為LFMCW激光測距儀系統(tǒng)的原理框圖，該系統(tǒng)主要由信號(hào)發(fā)射模塊、接收模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊三部分組成。信號(hào)發(fā)射端主

4、要由線性調(diào)頻(Chirp)信號(hào)生成模塊、激光調(diào)制電路、半導(dǎo)體激光器和發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)組成;接收機(jī)由接收光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器(APD)、跨導(dǎo)放大器、混頻器、低通濾波器、中頻放大器和A/D轉(zhuǎn)換器組成;數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)主要由FFT信號(hào)處理器和邏輯判斷單元構(gòu)成。發(fā)送模塊 數(shù)字信號(hào)處理模塊發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)激光器 激光調(diào)制電路Chirp信號(hào)生成模塊 距離解算門限檢測頻譜分析 接收光學(xué)系統(tǒng)APD跨導(dǎo)放大混頻 延時(shí)的Chirp信號(hào) 中頻信號(hào) 圖1. LFMCW激光測距儀系統(tǒng)的原理框圖低通濾波器中頻放大A/D Chirp信號(hào)生成模塊產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)一路送入激光調(diào)制電路作為半導(dǎo)體激光器的光強(qiáng)調(diào)制信號(hào)，另一路作為本地振蕩

5、信號(hào)。光學(xué)系統(tǒng)對(duì)激光器發(fā)射光束進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼闻c擴(kuò)束?；夭ㄐ盘?hào)通過接收光學(xué)系統(tǒng)聚焦到光電探測器上，光電探測器輸出微弱的電流信號(hào)，經(jīng)過跨導(dǎo)放大器后與Chirp信號(hào)生成模塊送來的線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行混頻;混頻器輸出的信號(hào)經(jīng)過濾波與放大后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻譜分析與過門限檢測:當(dāng)判斷目標(biāo)存在時(shí)，在頻域中提取出目標(biāo)的距離信息;當(dāng)頻域中無目標(biāo)超越探測門限時(shí)，繼續(xù)重復(fù)檢測、判斷的動(dòng)作。2、測量原理Chirp信號(hào)是一種非平穩(wěn)的正弦波信號(hào)如圖3 (a)所示，該信號(hào)在時(shí)頻坐標(biāo)中呈現(xiàn)鋸齒形的特點(diǎn)，即信號(hào)的頻率隨時(shí)間線性增加至最大值，然后又回到初始頻率，繼續(xù)隨時(shí)間線性增加。如圖3 (b)所

6、示為該信號(hào)的時(shí)域波形示意圖。 LFMCW激光測距儀依據(jù)回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的差頻，對(duì)靜止目標(biāo)進(jìn)行距離的測量，如圖4所示，實(shí)線為發(fā)射信號(hào)的時(shí)頻曲線，虛線為經(jīng)理想目標(biāo)反射的回波信號(hào)的時(shí)頻曲線，因激光的傳輸需要一定的時(shí)間，使得發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)之間存在一定的頻率差值。線性調(diào)頻信號(hào)的初始頻率為f0，掃頻帶寬為B，掃頻周期為T，信號(hào)往返于目標(biāo)與測距儀所需的時(shí)間為。線性調(diào)頻發(fā)射信號(hào)的表達(dá)式為：S1（t）= A0cos(2f0t +kt2 + 0 ),0<t<T (1)式中：A0為發(fā)射信號(hào)的幅度；k=B/T為掃頻斜率；0為初始相位。發(fā)射信號(hào)的瞬時(shí)頻率表達(dá)式為： (2) 對(duì)于距離為R的目標(biāo)，相對(duì)發(fā)射

7、信號(hào)，回波信號(hào)的時(shí)延為 (3)式中，C為光速?；夭ㄐ盘?hào)的表達(dá)式為 其中，為衰減系數(shù)。因此，回波的瞬時(shí)頻率為 發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)混頻后，經(jīng)過低通濾波器得到的中頻信號(hào)在<t<T的表達(dá)式為故中頻信號(hào)為一正弦信號(hào)，其頻率為將k=B/T與（3）式代入（7）式中得到目標(biāo)的距離表達(dá)式為三、完成期限和主要措施第12周：收集參考資料、翻譯外文資料第34周：撰寫開題報(bào)告，準(zhǔn)備開題答辯第5周：查閱、翻譯外文資料第6周：學(xué)習(xí)protel等軟件第78周：C語言及其它硬件語言方面參考資料的學(xué)習(xí)和整理第913周：軟、硬件設(shè)計(jì)及激光發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)和仿真第14周：整理設(shè)計(jì)資料第15周：撰寫論文，提交論文草稿第1618

8、周：修訂論文，準(zhǔn)備答辯四、預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)能達(dá)到激光測距的目的，誤差為5m之內(nèi)。五、主要參考文獻(xiàn)1 調(diào)頻波探測性能分析程受浩，王彥平，劉華，徐德華 (北京理工大學(xué)，北 京100081)2 線性調(diào)頻連續(xù)波激光測距儀原理及性能分析,陳峰，張曉永，尚生華(總裝備部武漢軍事代表局駐焦作地區(qū)軍事代表室，河南焦作454001)3 線性調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)測量方法研究,曾朝陽、張曉永、賈鑫 ( 1 裝備指揮技術(shù)學(xué)院光電裝備系, 北京101416; 2 武漢軍事代表局駐焦作地區(qū)代表室, 河南焦作454001)4 線性調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)探測原理分析，張曉永，陳峰，李曉慶 ( 總裝備部武漢軍事代表局駐焦作地區(qū)軍事代表

9、室， 河南焦作454001)5 線性調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)信號(hào)處理研究，張海洋, 趙長明, 楊蘇輝, 符銘鑠(1北京理工大學(xué)光電學(xué)院, 北京100081; 2北京科技大學(xué), 北京100083)6 張洪潤，等. 電子線路及應(yīng)用. 北京：科學(xué)出版社,2003. 7 劉明.激光在測距上的應(yīng)用J.技術(shù)監(jiān)督實(shí)用技術(shù),1999,1（5）：134-141. 8 王古常，孫斌，成勇.軍用脈沖激光測距技術(shù)與研究現(xiàn)狀J,2003,1(4):55-99. 9 李適民.激光器件原理與設(shè)計(jì)M.北京：國防工業(yè)出版社,1998. 10 吳應(yīng)民.便攜式脈沖激光測距儀的研制D.西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位文,2009.11 Palorvi P，Ruotsalainen T， Kostamovara J. A new approach to avoid walk error in pulsed laser range findingJ.IEEE. In-term. Sympos. On Circu and System Pro，1999(1):258-261.12 M L Simposon, M J Paulus. Discriminator design considerationsfor time-interval measurement