Optical frequency shifted FMCW Lidar system for unambiguous measurement of distance and velocity

光学 物理 多普勒效应 节拍(声学) 连续波 信号(编程语言) 混叠 奈奎斯特频率 傅里叶变换 频率调制 带宽(计算) 声学 激光器 计算机科学 电信 量子力学 天文 欠采样 程序设计语言
作者
Quanxin Na,Qijie Xie,Nan Zhang,Lanxuan Zhang,Yingzhi Li,Baisong Chen,Peng Tao,Guomeng Zuo,Dongwei Zhuang,Junfeng Song
出处
期刊:Optics and Lasers in Engineering [Elsevier BV]
卷期号:164: 107523-107523 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.optlaseng.2023.107523
摘要

A new frequency-modulated continuous-wave (FMCW) Lidar system is proposed to measure distance and velocity unambiguously by using a frequency-shifted probe light. The optical frequency shift is induced by an acousto-optic modulator (AOM). The generated beat signal is up converted to high frequency, sparing sufficient RF bandwidth to avoid signal aliasing caused by high Doppler frequency shifts. The aliasing-free beat signal thus can be used to extract distance and velocity information unambiguously. Here, we experimentally demonstrated real-time measurement on a disk spinning up to 26.43 m/s at 1.267 m away. The precision of the measured distance and velocity are 16 mm and 0.037 m/s respectively. Furthermore, the proposed scheme is capable of discriminating the direction of rotation based on a single Fast Fourier Transform analysis. In addition, we apply a free space circulator to the system to weaken the mirror-scattered signals and thus to achieve continuous measurement of beats signal over wide frequency range. Finally, a three-dimensional image of the spinning disk is reconstructed.
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