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调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统及方法
成果类型：: 新技术
发布时间: 2023-11-02 09:33:57
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市南开区| 佟一周 | 2023-11-03 15:31:47
本发明公开了调频连续波激光高速目标的速度和距离测量系统及方法，以调频连续波激光与光学频率梳干涉产生的校准峰为基准，将光频梳作为一把基准尺进行等频率间隔的信号截取与运算，拟合出调频连续波激光测量信号时频变化曲线，完成高速动态目标测量信号的变周期调频参数估计，以实现调频连续波激光高速目标的速度‑距离同步测量。
本方法与系统光路结构简单，抗干扰能力强，响应速度快，只需要采集测量路高速动态目标测量信号以及FMCW激光与光频梳光源干涉产生的校准峰信号，就能够获取高速运动目标的瞬时距离与速度值，解决了FMCW激光测量动态目标测量慢，且存在的严重的频谱展宽无法获取准确的速度和距离结果问题。
利用线性调频连续波( LFM /CW)激光雷达进行测量时相对运动引起的多普勒效应和信息输出延迟都会造成测量结果偏差。分析了多普勒效应和信息输出延迟对测量的影响 提出了基于偏差抵消原理的相对距离及径向速度信息提取方法 根据测量任务需求对该方法和基于二维傅里叶变换的信息提取方法进行了仿真比较。结果表明: 基于偏差抵消的信息提取方法不仅可以在相对径向速度未知的情况下准确提取目标相对距离信息 更可在每个调频周期结束后给出测距结果从而提高测距实时性:相比基于二维傅里叶变换的信息提取方法 当相对径向速度小于 750 m/ 时基于偏差抵消的信息提取方法可使得测速偏差减小一个数量级。
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对于空间非合作目标相对测量 当目标距离大于1km 时可依靠地面雷达实现1%的测距精度也可以使用星载雷达进行测距但是其功耗和体积开销过大四:当目标距离为1~1000 m时由于测距精度随距离增大迅速下降光学三角测量仅适用于 20 m 以内测距2。相比之下激光雷达可以在整个距离区间实现厘米级测距精度[35)
技术转让：相比脉冲激光测距线性调频连续波 (LinearFrequency Modulation /Continuous Wave， LFM/CW) 激光雷达的突出优势是抗干扰能力强且无测距盲区(68)但是当目标间存在相对运动时，多普勒效应会引起距离速度合造成测距偏差[9-2)。由于光电探测器件性能限制LFM/CW
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