● 摘要
激光雷达（Light Detection and Range，Lidar）是一种利用激光光波探测目标的位置的电子设备，它以激光发射和接收技术为基础，可以用振幅、频率、相位和偏振来搭载信息，实现对速度、距离、反射、方位角及倾斜角的测量，能够广泛应用于目标捕获与追踪、地形地貌成像、目标振动测量、大气探测及导弹制导等。本文针对应用于车载自主测速的相干连续波测速激光雷达，进行了信号处理系统的设计，并进行了实验验证。论文简要分析了相干连续波多普勒测速激光雷达的工作原理，根据回波信号的特征与数字信号处理的要求，对信号处理系统的总体结构进行了分析。确定了信号采集前端的结构与系数指标，设计了适用于激光测速雷达的性能优良的低噪声放大器、抗混叠滤波器和自动增益系统。根据激光测速雷达信号处理实时性和精确性的要求，设计了DSP与FPGA相结合的数字信号处理系统，通过基于数字FFT的频谱估计算法实现了多普勒信号的实时处理与速度显示。设计完成的信号处理系统具有体积小、功耗低、模块化等特点，满足车载自主测速需要。系统运行状态稳定，处理速度快，最快响应时间小于0.5ms，测量频率带宽为22MHz，对应的速度范围为–90km/h~90km/h，测速精度优于0.01m/s，非线性度小于15ppm,能够进行速度实时显示以及计算机通信存储。