LFMCW雷达高精度测距相位差改进算法

介绍了基于相位差法的线性调频连续波(LFMCW)雷达测距算法的原理,针对其计算量大和信噪比门限高的问题,提出一种改进相位差测距算法.该算法在快速傅里叶变换(FFT)的基础上先使用线性调频Z变换(CZT)对峰值附近的窄带进行细化,避免误差可能导致的谱线之间的相位差模糊,提高抗噪声性能,再应用相位差算法作距离估计.与经典算...     

一种毫米波调频连续波雷达的目标速度测量方法

提出了一种应用于地面监视的连续波雷达,使用线性调频连续波(LFMCW)波形产生和快速傅里叶变换信号处理技术进行地面运动目标检测.由于较短线性调频时间和高重复频率,目标的径向速度对测量的差频信号影响很小,因此采用多个线性调频连续波信号在各个距离门上测量径向速度.为了解决不模糊最大径向速度,提出了一种改变线性调频持续时间的方法.最后根据发射和接收信号的频差以及接收天线,也可以计算出目标距离和方位角.     

线性调频连续波激光雷达测量方法研究

线性调频连续波激光雷达在光电器件响应速度有限的条件下,要满足较高的距离分辨率的测量要求,就需要比同体制微波雷达大得多的相对带宽。这就导致线性调频连续波微波雷达的距离与速度去耦合方法不能被直接应用。针对探测近距高速运动目标和实时性高的要求,根据激光雷达目标回波的特点,提出了一种快速线性调频信号参数估计方法,利用均匀分成两段的中频信号的傅里叶变换来获取目标的距离与速度信息。在目标距离50m,速度1000m/s,中频信噪比为0的仿真条件下,雷达测距误差小于15mm,测速误差小于10m/s。仿真实验表明,该方法具有较高的测量精度和较强的抗干扰能力。     

雷达高精度测距相位差改进算法

介绍了基于相位差法的线性调频连续波(LFMCW)雷达测距算法的原理,针对其计算量大和信噪比门限高的问题,提出一种改进相位差测距算法。该算法在快速傅里叶变换(FFT)的基础上先使用线性调频Z变换（CZT）对峰值附近的窄带进行细化,避免误差可能导致的谱线之间的相位差模糊,提高抗噪声性能,再应用相位差算法作距离估计。与经典算法进行仿真对比,结果表明,该方法的测距精度比改进Fitz算法高一个数量级,信噪比门限比补零相位差算法低7dB,且运算量有一倍以上的减少,适用于低信噪比环境下对检测精度要求较高的实时场景,有利于现阶段工程实现和推广。     

基于相位补偿的调频连续波大长度测距中的色散校正

基于调频连续波测距的原理搭建并改进了双光路调频连续波测距系统,在测量光路增加光纤延迟线使测量距离拓展到了65 m.还研究了等光频重采样中色散的影响,推导出了带有色散和光纤延迟线的重采样模型,提出了在调频连续波大长度测距中通过频率幅度来调节相位补偿系数的色散校正方法.实验表明,在45~65 m的范围内增加了光纤延迟线并且有效的校正了色散,校正色散后在65. 165 m处测距值与干涉仪测量值最大误差小于500μm,标准差为246μm,频谱分辨力高达123μm,十分接近理论分辨力.文章的研究为调频连续波大尺寸测量提供了可行性的参考.     

噪声对Chirp-Z变换的LFMCW系统测距算法的影响

本文介绍了用Chirp-Z变换提高液位测量精度的算法原理,然后仿真出线性调频连续波雷达(LFMCW)在快速傅里叶变换(FFT)和线性调频Z变换(CZT)给回波信号加一定噪声后的测距精度,同时分析并比较了两种测距方法对测距精度造成的影响。理论计算和数字仿真结果表明,Chirp-Z算法可显著提高计算效率和液面雷达的测距精度。     

基于FFT的高精度FMCW雷达频率估计算法

在FMCW(调频连续波)雷达测距测速系统中,通常采用FFT(快速傅里叶变换)算法对差频信号进行频率测量。针对Rife算法在信号频率位于FFT量化频率附近时频率估计精度较低的问题,提出了一种改进的频率估计算法。该算法首先对信号作FFT并索引峰值谱线位置,然后对主瓣内幅度最大的两条谱线的系数进行线性组合,来等效实现加Hanning窗FFT,最后进行频率估计。仿真结果表明:该方法具有更高的精度,可应用于FMCW(调频连续波)雷达差频信号频率的测量,能有效地减小频率测量误差,提高距离分辨率。     

基于大频差双频激光的发动机叶尖间隙测量技术

针对发动机叶尖间隙测量的复杂应用环境和高精度 要求,设计了基于大频差双频激光的叶尖间隙测量方案和系统。 依据相位法激光测距原理,选用大频差双频激光获得高频调制信号,采用光纤传输,设计了 高频弱光信号处理系统,采用全 相位傅里叶变换得到测量光路和参考光路的相位差,进而反算间隙。测量模型分析表明,系 统的精度主要由鉴相精度和测 尺精度决定,而与叶片、电磁干扰等大部分环境因素无关,可实现静态、动态标定和测量。 解决了非接触高速旋转叶片叶尖 间隙测量中无法动态标定和恶劣环境下众多噪声干扰等问题。系统测距精度为34.26μm,相位差标准差为0.257 。     

FMCW激光雷达精密测量技术及振动特性研究

针对激光器调频非线性对FMCW激光雷达测距精度的影响,研究利用辅助光路提取峰谷值点对测量光路进行重采样的方法。推导重采样测距公式,当测量环境中存在振动时,振动会使得待测目标出现移动,并在拍频信号中引入多普勒频移,增加拍频信号频谱宽度。因此,针对振动情况,利用交叠分时傅里叶变换计算不同时间窗内的频率值来对振动特性进行分析与回归校正。可得到测距中心距离为4.998 0 m,信号的平均振动周期为17.993 Hz,校正后得到目标物体的振幅为12.2μm,所提方法的测距精度均保持在90%以上。     

基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法

为了解决调频连续波(FMCW)激光器调制非线性导致的测量信号频谱展宽降低激光干涉测距精度的问题, 采用一种基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了双光路测距系统对不同位置目标信号等光频细分重采样后的波形数据, 并进行了频谱分析。结果表明, 通过等光频细分重采样的方法, 使用细分后的时钟信号点对距离大于辅助干涉光路光程差的目标测量信号进行重采样, 消除了激光器的调制非线性的影响, 并且避免了采样点数不足引起信号失真的问题; 在4.3m测量范围内, 等光频细分重采样测距系统与激光干涉仪相比最大残余误差不超过±18.46μm, 最大测量标准差为23.39μm; 该方法使用的辅助干涉光路光程差很短, 受环境的影响较小, 可以获得稳定的时钟信号, 并且可以减少双光路FMCW测距系统的体积与成本。该研究为长距离、高精度调频连续波测量提供了实用参考。     

对称三角波调频定高引信设计与仿真

调频定高引信是一种采用调频连续波测距基本原理,实现在某确定高度引爆弹药战斗部的近炸引信。由于弹药末端的较大落速,会在近炸引信的信号处理过程中引入多普勒频移,从而使定高引信产生误差。基于对称三角波调制的连续波体制,对差频信号采样后利用快速傅里叶变换,计算得到回波信号相对于发射信号的频率偏移,并以20~100 m为例,对定高引信进行了设计与仿真,并对高速再入环境下的定高精度、抗噪性能做出分析。仿真结果声明,采用对称三角波的调频定高引信能够避免多普勒效应的影响,实现精确定高。     

基于气体池信号拼接的高精度调频连续波激光测距

在双光路调频连续波激光测距系统中,辅助光纤的长度标定精度直接影响了系统的测距精度。提出一种基于氰化氢气体池信号拼接的辅助光纤标定方法,通过提高辅助光纤标定精度进而提高系统测距精度。深入研究了基于氰化氢气体池标定方法的原理,为减小数据采集系统负担,利用信号拼接的方法进行改进。实验表明,与传统激光干涉仪的光纤标定方法相比,基于气体池拼接的标定方法具有更高的稳定性,同时,在3.8 m测量范围内,采用该标定方法的测距系统与干涉仪标准距离值误差不超过14μm,测量标准差低于17μm。     

飞秒激光合成波长法测距的功率-相位转换误差修正研究

针对飞秒激光合成波长法高精度绝对距离测量中光功率-相位转换效应引起的误差,提出一种基于多项式拟合的误差修正方法,以提高飞秒激光测量系统的测距精度。搭建类迈克耳孙干涉测量系统,经过光电探测后得到飞秒激光模间拍频信号,利用快速傅里叶变换解算拍频信号的相位差,并研究相位差随光功率的变化。结合相位测距技术,将测距结果与长度基准作参考,采用基于最小二乘法的最优多项式拟合形成不同光功率下的测距校正表。实验中以四次谐波进行测量,结果表明:当光功率在1~3 mW变化时,测距误差变化率约为2.7 mm/mW,通过校正技术,在110 mm范围内测距残余误差从±0.25 mm下降到±0.08 mm。该研究可将飞秒激光高精度测距技术应用到室外环境、复杂的工业环境甚至非合作目标等光功率变化较大的测量场合,显著地拓展飞秒激光精密测量的应用范围。     

欠采样数字测频法的改进

提出了一种宽带数字测频中欠采样测频的解模糊方法.该方法不通过相位差直接测频,而是根据存在模糊的频率之间的相位特点,利用相位差的允许误差范围并结合快速傅里叶变换后的频域结果得出准确频率.仿真实验表明解模糊算法的改进降低了对信噪比的要求,有效地克服了噪声对测频准确性的影响.     

雷达测距系统中一种改进的测距算法

文中首先介绍了雷达测距的两种常用方法,通过分析,调频连续波(FMCW)雷达更具有优势,然后阐述了调频连续波(FMCW)雷达测距系统的基本组成原理,再后本文论述了测频中最常用的FFT算法。接着分析研究了由此衍生出的距离谱,根据距离谱本文重点论述了其估计算法,说明了距离谱最大采样点法的问题,提出距离谱最大值二分估值法,又经过进一步改进得到距离谱最大值的拟合法。通过计算机仿真的结果确定距离谱最大值的拟合法提高了测距的精度。     

高精度双干涉光路调频连续波激光绝对测距系统

调频连续波激光测距具有无盲区、非接触测量和绝对测距等优点,但是由于可调谐激光器光频率调制非线性对其测量精度的影响,限制了调频连续波激光测距在精密测量领域中的应用。针对调频连续波激光测距中测距精度受到激光器光频率调制非线性的影响,提出了双干涉光路调频连续波激光测距方法,利用两个干涉系统得到的干涉条纹数量的比值计算得到被测目标的距离,消除了激光器光频率调制非线性对测距精度的影响,实现了65 m的测量分辨率和15 m的重复测量精度。该方法无需对激光的波长进行测量,也无需对激光器进行锁频,系统组成简单,在工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域有着广阔的应用前景。     

基于双DDS的LFMCW雷达主动测距技术

线性调频连续波(LFMCW)雷达回波的差拍中频信号包含探测目标的距离信息和多普勒信息,它们可以通过对差拍中频信号进行二维快速傅里叶变换分别得到.但是二维FFT处理距离副瓣高,距离分辨率差,不能有效地消除不同距离单元之间距离副瓣的相互影响.文中提出一种LFMCW雷达的主动测距技术,可以有效隔离距离副瓣,提高雷达的距离分辨率,实现主动方式测距.最后给出了实现方法和实验结果.     

正弦调频下大带宽激光调频连续波测距技术

基于激光调频连续波(FMCW)测距的原理搭建了双光路FMCW测距系统,用正弦调频替代了传统的线性调频,提高了扫频速率。研究了正弦调频下的FMCW测距原理,推导了正弦扫描的重采样公式,提出了信号拼接的方法来增大扫描带宽,并通过正交调制的方法消除拼接误差。实验结果表明,使用正交调制的方法拼接等光频重采样校正的信号后,频谱分辨力可达127μm,接近理论分辨力。在3.3～4m的范围内,所提方法的结果与参考干涉仪的误差不超过203μm,标准差小于194μm。     

基于MEMS微镜的调频连续波激光雷达设计

将调频连续波(FMCW)激光测距技术与MEMS微镜扫描成像技术相结合,设计了一种新型激光雷达系统.引入平衡相干探测技术和基于辅助干涉光路的调频信号非线性校正技术,搭建了双光路测距仿真系统.在400 m以内最大测距误差不超过1.26 m,相对测量精度小于0.32％,100 m测距误差仅为0.270 8 m.为了满足FMC...     

调频连续波激光测距系统的振动补偿仿真研究

在双光路调频连续波激光测距过程中,振动将光程差变化转为拍频信号不需要的相位调制,并在拍频信号中引入多普勒频移,导致拍频信号的频谱发生严重展宽和频移,无法根据拍频频率计算距离值。为解决该问题,提出一种基于四波混频效应的振动补偿方法,该方法利用四波混频技术产生与原频率扫描信号扫描方向相反的新频率扫描信号,通过两个频率扫描信号的测量拍频信号计算距离值。结果表明:当扫描带宽为10nm,待测距离为5m,待测目标以2Hz的频率进行行程为100μm的周期性位移时,基于四波混频效应的振动补偿方法能有效消除振动对测距的影响,测量标准差由补偿前的1.062mm减小为29μm;该方法无需测量振动位移便可直接获取消除振动影响的距离值,极大地简化了系统的硬件部分。