激光测距论文开题报告

北方工业大学北方工业大学 本科毕业设计 论文 开题报告书本科毕业设计 论文 开题报告书 题 目 激光测距系统的设计与实现 指导教师 牛长流 专业班级 通信工程 11 4 学 号 11101060427 姓 名 李 阳 日 期 2015 年 3 月 15 日 一 选题的目的 意义 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 如今人们逐渐开始采用连续波体制雷达用于测距 测速 气象预报等民 用领域并获得了较理想的效果 在军事领域 随着低截获概率雷达在战场上 应用优势日益明显 对低截获雷达的研究也日益广泛 雷达对目标的探测能 力主要表现在雷达威力上由其发射的平均功率决定 连续波雷达的发射功率 电平就比同样平均功率的脉冲雷达的峰值功率低 因此 同样战场环境下 连续波雷达被侦察到的概率就远远小于脉冲雷达 可以大大提高战场生存能 力 人们开始采用连续波体制用于近程 超低空目标及海上目标的探测与警 戒 连续波雷达作为低截获雷达的发展方向之一 理论研究和实际应用也越 来越深入 随着高速数字信号处理技术快速发展和生产工艺日益完善 数字信号处 理器件处理能力迅速提高 高速的数字信号处理成为可能 使很多模拟处理 转向数字信号处理 这使我们利用来进行便携式连续波雷达系统的信息处理 成为可能 线性调频连续波雷达的应用通常都注意它的高分辨率和高测量精度 三 角波线性调频连续波雷达利用差拍频率对固定目标进行检测 具有其独特的 优势 如果采用锯齿波进行调制 由于锯齿波有一跳变 在整个系统中产生 很强的调制周期信号 影响系统的灵敏度 如果改用三角波进行调制 由于 这样突变小了一点 因此系统中调制周期信号大大减弱 提高了系统性能 另外结合信号处理算法 三角波调制通过对上 下扫频段的差频信号分别进行 处理并对目标上 下扫频段的差拍频谱进行配对处理 可消除距离速度祸合 实现多目标环境中运动目标的检测与参数估计 因此 三角波线性调频连续 波雷达利用差拍频率对固定目标和动目标进行检测 具有其独特优势 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 二 本题的基本内容 1 系统总体结构 线性调频连续波激光测距仪受到国内外很多部门的关注 目前还处于研 究试制阶段 图 1 所示为 LFMCW 激光测距仪系统的原理框图 该系统主要由 信号发射模块 接收模块 数字信号处理模块三部分组成 信号发射端主要 由线性调频 Chirp 信号生成模块 激光调制电路 半导体激光器和发射光 学系统组成 接收机由接收光学系统 光电探测器 APD 跨导放大器 混频 器 低通滤波器 中频放大器和 A D 转换器组成 数字信号处理系统主要由 FFT 信号处理器和逻辑判断单元构成 发送模块 数字信号处理模块 发射 光学 系统 激 光 器 激光 调制 电路 Chirp 信号生 成模块 距离 解算 门限 检测 频谱 分析 接收 光学 系统 APD 跨导 放大 延时的 Chirp 信号 中频信号 图 1 LFMCW 激光测距仪系统的原理框图 混频 低通 滤波 器 中频 放大 A D 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载 Chirp 信号生成模块产生的线性调频信号一路送入激光调制电路作为半导 体激光器的光强调制信号 另一路作为本地振荡信号 光学系统对激光器发 射光束进行适当的整形与扩束 回波信号通过接收光学系统聚焦到光电探测 器上 光电探测器输出微弱的电流信号 经过跨导放大器后与 Chirp 信号生 成模块送来的线性调频信号进行混频 混频器输出的信号经过滤波与放大后转 化为数字信号 数字信号处理系统对中频数字信号进行频谱分析与过门限检 测 当判断目标存在时 在频域中提取出目标的距离信息 当频域中无目标超 越探测门限时 继续重复检测 判断的动作 2 测量原理 Chirp 信号是一种非平稳的正弦波信号如图 3 a 所示 该信号在时频坐 标中呈现锯齿形的特点 即信号的频率随时间线性增加至最大值 然后又回 到初始频率 继续随时间线性增加 如图 3 b 所示为该信号的时域波形示 意图 LFMCW 激光测距仪依据回波信号与发射信号的差频 对静止目标进 行距离的测量 如图 4 所示 实线为发射信号的时频曲线 虚线为经理想目 标反射的回波信号的时频曲线 因激光的传输需要一定的时间 使得发射信 号与回波信号之间存在一定的频率差值 线性调频信号的初始频率为 f0 扫 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载 频带宽为 B 扫频周期为 T 信号往返于目标与测距仪所需的时间为 线性调频发射信号的表达式为 S1 t A0cos 2 f0t kt2 0 0 t T 1 式中 A0为发射信号的幅度 k B T 为扫频斜率 0为初始相位 发射信号的瞬时频率表达式为 2 对于距离为 R 的目标 相对发射信号 回波信号的 时延为 3 式中 C 为光速 回波信号的表达式为 其中 为衰减系数 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载 因此 回波的瞬时频率为 发射信号与回波信号混频后 经过低通滤波器得到的中频信号在 t T 的表 达式为 故中频信号为一正弦信号 其频率为 将 k B T 与 3 式代入 7 式中得到目标的距离表达式为 三 完成期限和主要措施 第 1 2 周 收集参考资料 翻译外文资料 第 3 4 周 撰写开题报告 准备开题答辩 第 5 周 查阅 翻译外文资料 第 6 周 学习 protel 等软件 第 7 8 周 C 语言及其它硬件语言方面参考资料的学习和整理 第 9 13 周 软 硬件设计及激光发射电路驱动和仿真 第 14 周 整理设计资料 第 15 周 撰写论文 提交论文草稿 第 16 18 周 修订论文 准备答辩 四 预期达到的目标 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载 五 主要参考文献 能达到激光测距的目的 误差为 5m 之内 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载 1 调频波探测性能分析程受浩 王彦平 刘华 徐德华 北京理工大学 北 京 100081 2 线性调频连续波激光测距仪原理及性能分析 陈峰 张晓永 尚生华 总装备部武汉军事代表局驻焦作地区军事代表室 河南焦作 454001 3 线性调频连续波激光雷达测量方法研究 曾朝阳 张晓永 贾鑫 1 装 备指挥技术学院光电装备系 北京 101416 2 武汉军事代表局驻焦作地 区代表室 河南焦作 454001 4 线性调频连续波激光雷达探测原理分析 张晓永 陈峰 李晓庆 总 装备部武汉军事代表局驻焦作地区军事代表室 河南焦作454001 5 线性调频连续波激光雷达信号处理研究 张海洋 赵长明 杨苏辉 符 铭铄 1 北京理工大学光电学院 北京 100081 2 北京科技大学 北京 100083 6 张洪润 等 电子线路及应用 北京 科学出版社 2003 7 刘明 激光在测距上的应用 J 技术监督实用技术 1999 1 5 134 141 8 王古常 孙斌 成勇 军用脉冲激光测距技术与研究现状 J 2003 1 4 55 99 9 李适民 激光器件原理与设计 M 北京 国防工业出版社 1998 10 吴应民 便携式脉冲激光测距仪的研制 D 西安电子科技大学硕士学位 文 2009 11 Palorvi P Ruotsalainen T Kostamovara J A new approach to avoid walk error in pulsed laser range finding J 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 Circmts in collider detector sys terns J IEEE Trans Nuel Sci 1998 45 1 98 一 104 六 指导教师意见 包括毕业实习 包括毕业实习 精品文档 9欢迎