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: