基于卡尔曼滤波的高精度相干激光测距方法 
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High-Precision Coherent Laser Ranging Method Based on Kalman Filtering
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
图 & 表
图 1. S-LFMCW相干激光探测系统原理图
Fig. 1. Schematic of S-LFMCW coherent laser detection system
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图 2. 相干激光探测原理简图
Fig. 2. Principle of coherent laser detection
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图 3. S-LFMCW测距原理简图
Fig. 3. Principle of S-LFMCW ranging
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图 4. 静态目标
Fig. 4. Static target
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图 5. 静态目标的探测结果
Fig. 5. Detection results of static target
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图 6. 静态目标数据融合结果
Fig. 6. Data fusion results of static target
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图 7. 不同条件下静态测距偏差的对比。(a) S-LFMCW相干激光探测系统;(b)数据融合(Q=Q1);(c)数据融合(Q=Q2);(d)数据融合(Q=Q3)
Fig. 7. Comparison of static ranging deviations under different conditions. (a) S-LFMCW coherent laser detection system; (b) data fusion(Q=Q1); (c) data fusion(Q=Q2); (d) data fusion(Q=Q3)
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图 8. 动态目标探测实验图
Fig. 8. Experimental diagram of dynamic target detection
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图 9. 简谐运动实验结果
Fig. 9. Experimental results of simple harmonic motion
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图 10. 变加速运动实验结果
Fig. 10. Experimental results of variably accelerated motion
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图 11. 匀减速运动实验结果
Fig. 11. Experimental results of uniformly retarded motion
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图 12. 不同条件下动态测距误差的对比。(a) S-LFMCW相干激光探测系统;(b)数据融合(Q=Q1);(c)数据融合 (Q=Q2);(d)数据融合 (Q=Q3)
Fig. 12. Comparison of dynamic ranging errors under different conditions. (a) S-LFMCW coherent laser detection system; (b) data fusion (Q=Q1); (c) data fusion (Q=Q2); (d) data fusion (Q=Q3)
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表 1LFMCW测速测距精度对比
Table1. Accuracy comparison of speed and range measurement based on LFMCW
| Radar type | λ /mm | B /MHz | ΔR /m | Δvr /(m·s-1) |
|---|
| LFMCWmicrowave radar | 8 | 120 | 2.746 | 48.5 | | 8 | 240 | 1.373 | 48.5 | | 10 | 120 | 2.746 | 60.6 | | 10 | 240 | 1.373 | 60.6 | | S-LFMCW lidar | 0.905×10-3 | 120 | 2.746 | 0.55×10-3 | | 0.905×10-3 | 240 | 1.373 | 0.55×10-3 | | 1.55×10-3 | 120 | 2.746 | 0.94×10-3 | | 1.55×10-3 | 240 | 1.373 | 0.94×10-3 |
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赵潇, 杨海马, 强佳, 刘瑾, 王建宇. 基于卡尔曼滤波的高精度相干激光测距方法[J]. 光学学报, 2020, 40(14): 1412001. Xiao Zhao, Haima Yang, Jia Qiang, Jin Liu, Jianyu Wang. High-Precision Coherent Laser Ranging Method Based on Kalman Filtering[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(14): 1412001.
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