FMCW-頻率調制


基本原理:FMCW基於飛行時間(TOF)原理,通過測量激光在接收機與目標物間的時間來獲取距離。通常,將RF調制副載波信號對激光信號載波進行調制。

1. 頻率調制

即RF信號是頻率隨時間變化的信號對激光信號進行調制,基於鋸齒波具有生成簡單,本文采用鋸齒波信號對激光載波進行調制。

1.1 調制方式

a. 內調制:通過電流或電壓對激光器內腔直接進行調制,使得輸出激光信號的頻率改變;

b. 外調制:即采用激光器+激光外調制器的模式,例如單頻激光器+聲光移頻器(AOM),單頻激光器+相位調制器(EOM).

1.2 測距原理

采用基於如圖1所示的FMCW激光測距原理圖,通過調制的線性調頻激光信號,將測量信號與參考信號進行拍頻,得到探測目標的距離

 

鋸齒波線性調頻信號是頻率隨時間呈鋸齒形線性變化的正弦波信號,如圖2

 

 

 

圖2 調制信號時域與頻域圖

LFMCW的發射信號與接收信號頻率隨時間變化曲線如圖3.

 

 

圖3. 發射信號與接受信號拍頻原理圖

發射信號的頻率與相位分別為:

 

經過目標反射后的相位為:

 

在探測器表面拍頻之后的相位差為

 

得到拍頻:

 

最后得到距離為:

 

 


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