大带宽双扫频激光测距技术研究.pdf

摘要

扫频干涉测量是一种理想的大尺寸的绝对距离测量方法，具备高精度、

非合作目标测量能力和不存在测距盲区的优势，通过增加扫频带宽，可以获

得很高的测距分辨率和精度，且由于采用外差干涉测量技术，可获得较高的

测量信噪比。本文主要研究了双外腔激光器扫频干涉绝对距离测量技术，提

出了两种方案分别完成对目标的静态测量和动态测量，并通过仿真验证了两

种实验方案的可行性，最终搭建了实验系统，验证了其测量精度和振动抑制

效果。

前期仿真中，本文提出通过双外腔可调谐激光器大带宽反向啁啾同步扫

频干涉测量，消除多普勒效应引起的动态误差，同时提出基于信号混频等频

率间隔重采样同步校正双向扫频非线性的方案，解决双外腔可调谐激光器扫

频非线性不一致难以同步校正的问题，实现高精度动态扫频干涉测量。分别

对振动目标与运动目标进行了仿真测距分析，验证了以上方法的有效性，同

时对比了本文提出的方法与现有方法在不同信噪比下的测距精度，结果表明

本文所提方法在非合作目标测量能力上具有明显优势。针对运动目标，本文

提出了一种提取信号相位的方法完成了对于目标位移的测量，并且通过对运

动目标进行仿真验证了这一方案。

后期实验系统搭建时，编写了双激光器同步触发控制软件，完成了对激

光器的扫频控制；通过实验方案分析，设计了双外腔扫频干涉实验光路，经

过测试，光路达到实验测量要求；通过搭建实验系统，完成了对合作目标和

非合作目标的静态测量，测得合作目标1m范围内重复性最好为0.80μm，测

得5.7m和10.9m处金属杆的重复性分别为8.4μm和13.7μm；通过对振动目

标和匀速运动目标的动态测量结果分析，振幅6μm振动频率50Hz目标测量

精度为0.23μm，对10mm/s匀速运动目标测量误差为0.0042mm/s。

关键词扫频干涉测量；绝对距离测量；FMCW；多普勒频移

Abstract

Swept-frequencyinterferometryisanideallarge-scaleabsolutedistance

measurementmethod.Ithastheadvantagesofhigh-precision,non-cooperative

targetmeasurementcapabilityandtheabsenceofmeasurementblindspots.By

increasingthesweepbandwidth,ahighrangeresolutioncanbeobtained.And

accuracy,andduetotheuseofheterodyneinterferometrytechnology,canobtain

highermeasurementsignaltonoiseratio.Inthispaper,thetechniqueof

measuringtheabsolutedistancebetweentwoexternalcavitylaserswithswept

frequencyinterferenceisstudied.Twokindsofschemesareproposedtoachieve

staticmeasurementanddynamicmeasurementofthetargetrespectively.The

feasibilityofthetwoexperimentalschemesisverifiedbysimulation.Finally,the

experimentalsystemisbuilt.toverifyitsmeasurementaccuracyand