【摘 要】
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调频连续波（FMCW）激光测距技术凭借其非接触、高精度、自动化程度高等优点,在航空航天、自动驾驶、无人机等领域中有广泛的应用前景。随着长距离、大空间、大尺寸等测量需求的提高,导致在激光测距中产生的差拍信号频率越来越高,使得信号采样率增加,从而产生采样电路设计要求高、后续数据存储及处理量大、频率分辨率降低等问题。针对上述问题,本文研究了基于压缩采样的差拍信号频率估计方法,根据压缩采样原理构建基于低速
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调频连续波（FMCW）激光测距技术凭借其非接触、高精度、自动化程度高等优点,在航空航天、自动驾驶、无人机等领域中有广泛的应用前景。随着长距离、大空间、大尺寸等测量需求的提高,导致在激光测距中产生的差拍信号频率越来越高,使得信号采样率增加,从而产生采样电路设计要求高、后续数据存储及处理量大、频率分辨率降低等问题。针对上述问题,本文研究了基于压缩采样的差拍信号频率估计方法,根据压缩采样原理构建基于低速采样的频率估计模型,研究在无需重构信号的前提下,结合相关原理通过对采样值矩阵进行处理的差拍信号频率估计方法,以达到降低采样率、提高频率分辨率、简化信号处理过程目的。本文主要研究工作如下:1.对FMCW激光测距系统进行分析。在线性三角波调制方式下研究差拍信号产生原理,及与测量距离之间的线性关系,并针对目前高频差拍信号存在的采样与数据处理问题,分析差拍信号的频率估计需求,确定压缩采样方法。2.提出基于压缩采样的FMCW激光测距差拍信号频率估计方法。在基于调制宽带转换器（MWC）压缩采样的基础上,构建差拍信号压缩采样模型,在无需重构原始信号的前提下,根据模型特点通过向量线性相关性得到粗测频率区间,同时采用直接细化任意一路压缩采样值频谱的方法,得到粗测频率区间内的细化频率值,最后将两者结合得到差拍信号的精准估计值。仿真实验结果表明,在低采样率条件下,以简化的运算方法可实现高精度的差拍信号频率估计。3.针对所提出的方法设计基于压缩采样的差拍信号频率估计系统。设计4通道差拍信号压缩采样MWC模拟前端,并基于FPGA+ARM进行采样控制与数据传输,同时利用MATLAB在上位机软件中实现本文提出的频率估计方法。实验结果表明,在1MHz～40MHz的差拍信号频率值设定范围下,以2Msps的采样速率进行压缩采样,在系统误差校正后相对误差在8ppm左右,频率分辨率为0.0003MHz,满足差拍信号频率估计的需求。
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