调频连续波激光探测技术 赵继广,杜小平,曾朝阳

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赵继广,杜小平,曾朝阳 著
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  • 激光技术
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店铺: 典则俊雅图书专营店
出版社: 国防工业出版社
ISBN:9787118099331
商品编码:29800678995
包装:平装
出版时间:2015-04-01

具体描述

  图书基本信息,请以下列介绍为准
书名调频连续波激光探测技术
作者赵继广,杜,曾朝阳
定价65.00元
ISBN号9787118099331
出版社防工业出版社
出版日期2015-04-01
版次1

  其他参考信息(以实物为准)
装帧:平装开本:16开重量:0.4
版次:1字数:页码:
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  目录

  内容提要
本书紧密结合复杂战场环境对激光探测系统在探测精度、抗干扰性能方面的军事需求,在综合分析、比较外相关领域发展的基础上,将微波雷达中调频连续波探测技术与激光测距技术相结合,系统介绍了一种新体制激光近距离探测技术--调频连续波激光探测技术,该技术在近距离具有定距精度高、抗干扰能力强等优点。

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  作者介绍

  序言

《调频连续波激光探测技术》 内容简介 技术概述与核心原理 《调频连续波激光探测技术》一书深入剖析了调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)激光探测技术的核心原理、关键技术及其广泛应用。该技术通过对连续激光信号的频率进行调制,利用调制频率与回波信号频率之间的差异来测量目标距离、速度和角度。不同于传统的脉冲激光雷达,FMCW激光雷达具有更高的测量精度、更强的抗干扰能力和更快的测量速率,使其在自动驾驶、三维成像、环境监测、工业自动化等众多前沿领域展现出巨大的潜力。 本书详细阐述了FMCW激光雷达的工作流程。首先,激光器发出连续的激光束,其频率随时间呈线性或非线性规律变化(即频率调制)。当激光束遇到目标时,一部分光会被反射回来。由于光在传播过程中需要时间,当反射回来的光再次被接收时,其频率相对于发射信号已经发生了偏移。这种偏移量,即“拍频”(Beat Frequency),与目标距离成正比。通过测量接收到的回波信号与当前发射信号之间的拍频,就可以精确计算出目标的距离。 除了距离测量,FMCW技术还能同时测量目标的径向速度。这是因为多普勒效应会引起回波信号频率的额外偏移。如果目标在运动,其相对于探测器的径向速度会进一步改变回波信号的频率。通过分析发射信号和回波信号在不同调制周期内的频率差,可以辨别出距离和速度信息,并消除两者之间的混淆。这使得FMCW激光雷达能够一次性获取目标的精确定位和运动状态,大大提高了信息获取的效率和准确性。 核心技术环节深度解析 本书不回避技术细节,对FMCW激光探测技术中的关键技术环节进行了深入剖析。 激光器的选择与调制技术:书中讨论了不同类型激光器的特性及其在FMCW系统中的适用性,例如半导体激光器、光纤激光器等,并详细介绍了各种频率调制方式,包括线性调制、三角波调制、锯齿波调制以及更复杂的非线性调制方案。每种调制方式的优缺点、对测量精度和速率的影响,以及如何根据具体应用需求进行选择,都得到了详尽的阐述。特别地,书中还探讨了如何实现高稳定性和高线性度的频率调制,这是保证测量精度的基础。 光电探测与信号处理:接收端的光电探测器性能直接影响到系统的信噪比和动态范围。本书深入分析了PIN光电二极管、雪崩光电二极管(APD)等探测器的选择依据、工作原理以及在FMCW系统中的匹配问题。随后,重点介绍了信号处理环节,包括如何从复杂的原始信号中提取出有用的拍频信息。这包括了低噪声放大、滤波、模数转换(ADC)等预处理步骤,以及傅里叶变换(FFT)、二次谐波(Second Harmonic)分析、相位差检测等核心信号处理算法。书中还介绍了如何利用数字信号处理(DSP)技术来提升测量精度、抑制噪声和杂波,例如相干信号处理、杂波抑制算法、以及基于机器学习的信号增强方法。 系统集成与标定:一个高性能的FMCW激光雷达系统,不仅仅是各个组件的简单堆砌,更需要精心的系统集成。本书详细阐述了光路设计、机械结构、电子线路板布局等方面的考虑因素,强调了如何优化光路以提高接收效率、减小杂散光干扰,以及如何合理设计电子线路以降低噪声、保证信号完整性。此外,系统标定是保证测量准确性的关键一步。书中详细介绍了不同类型的标定方法,包括零点标定、斜率标定、以及针对复杂环境的动态标定技术,并给出了实际操作中的注意事项和常见问题解决方案。 抗干扰技术:FMCW激光雷达在实际应用中,常常面临各种干扰源,如其他激光设备、太阳光、以及环境中的散射光等。本书专门辟章节论述了针对这些干扰的抑制技术。例如,通过优化调制方案、采用差分接收、利用光谱滤波、以及应用高级信号处理算法来有效降低外部噪声对测量结果的影响,从而在复杂的环境中也能获得可靠的探测数据。 应用领域前景展望 《调频连续波激光探测技术》不仅限于理论探讨,更注重将技术落地于实际应用。书中广泛探讨了FMCW激光雷达在多个领域的应用前景,并提供了详细的技术实现思路和案例分析。 自动驾驶与智能交通:在自动驾驶领域,FMCW激光雷达因其高精度、高分辨率以及同时测量距离和速度的能力,成为实现环境感知、障碍物检测、车道线识别、行人检测、以及交通信号灯识别的关键传感器。本书详细阐述了FMCW激光雷达在这些场景下的工作原理、数据处理流程,以及如何与其他传感器(如摄像头、毫米波雷达)融合,构建出更鲁棒、更安全的自动驾驶感知系统。 三维成像与测绘:FMCW激光雷达能够快速、精确地获取目标的距离信息,从而生成高精度的三维点云数据。这在三维建模、地形测绘、城市规划、考古勘探等领域具有重要的应用价值。书中介绍了如何利用FMCW激光雷达进行高效的户外和室内三维扫描,以及如何对采集到的点云数据进行后处理,如配准、滤波、分割和可视化。 工业自动化与机器人:在工业生产和机器人应用中,FMCW激光雷达可以用于精确定位、尺寸测量、表面缺陷检测、以及避障导航。例如,在自动化装配线上,FMCW激光雷达可以高精度地测量工件的位置和姿态,确保机器人能够准确抓取和放置;在仓储物流领域,可以用于货物的识别、定位和搬运。本书探讨了FMCW技术在这些场景下的独特优势,以及如何根据工业环境的特点进行系统设计和优化。 环境监测与科学研究:FMCW激光雷达也为环境监测和科学研究提供了强大的工具。例如,可以用于大气气溶胶和污染物的浓度和分布监测,水体浑浊度和深度的测量,以及植被高度和密度的分析。书中展示了FMCW技术在这些科学应用中的一些前沿案例,并展望了其在气候变化研究、生态保护等领域的潜在贡献。 总结 《调频连续波激光探测技术》是一部内容翔实、理论与实践相结合的专业技术著作。它为读者提供了一个全面深入了解FMCW激光探测技术的平台,从基础的物理原理到复杂的工程实现,再到前沿的应用探索,无不展现出该技术的重要性和广阔前景。本书不仅适合于从事激光雷达研发、系统集成、应用开发的工程师和技术人员阅读,也为相关专业的学生、研究人员以及对前沿探测技术感兴趣的读者提供了宝贵的参考资料。通过阅读本书,读者将能深刻理解FMCW激光探测技术的强大之处,并为未来在该领域的创新和发展奠定坚实的基础。

用户评价

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这本书在探讨FMCW激光探测技术时,展现了一种对“工程实现细节”的极致追求,这对于从事相关领域研究和开发的工程师来说,无疑是巨大的福音。书中不仅仅停留在理论的推导和概念的阐释,而是深入到每一个实际工程环节的考量。我印象最深刻的是关于“热管理”和“机械结构设计”的部分。例如,在讨论激光器的选择时,书中详细分析了不同类型激光器的散热需求,以及如何设计有效的散热系统来保证激光器的长期稳定运行。它甚至会讨论到具体的散热材料、风道设计等细节。在机械结构方面,书中强调了光学元件的固定、对准和减震等方面的设计原则,并给出了具体的案例分析,比如如何设计一个能够抵御外部振动的激光探测器外壳,以保证测量精度。更让我感到惊喜的是,书中还涉及到了“可靠性工程”的内容,比如对元器件的寿命预测、故障模式分析(FMEA)等。它告诫读者,一个成熟的FMCW激光探测系统,不仅仅要满足性能指标,更要经得起时间的考验,能够在各种恶劣环境下可靠地工作。这种对工程实现的全面考量,让我看到了作者们深厚的工程实践经验,也为我理解一项技术的真正落地提供了重要的参考。

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这是一本让我彻底颠覆了对传统激光探测认知的书。在阅读《调频连续波激光探测技术》之前,我一直以为激光探测就是简单地发射一道光,然后测量反射回来的信号强度。然而,这本书以一种极其详尽且富有洞察力的方式,为我打开了通往一个更深邃、更精密世界的大门。首先,它清晰地阐述了调频连续波(FMCW)激光探测的基本原理,这并非教科书式的干巴巴的定义堆砌,而是通过一系列精心设计的图示和通俗易懂的类比,将一个原本可能晦涩的概念变得触手可及。例如,作者们将FMCW的频率调制过程比作一种“声呐定位”的变体,通过声音频率的变化来判断距离和速度,这种类比立刻让我脑海中形成了一个直观的画面。接着,书中深入剖析了FMCW激光探测的核心优势,特别是在解决传统脉冲激光探测的局限性方面。我印象最深刻的是关于“测距精度”和“抗干扰能力”的论述。传统的脉冲激光,其测距精度很大程度上受限于脉冲宽度和采样率,而FMCW通过连续发射频率变化的激光,并且利用接收到的回波信号与发射信号的频率差来精确计算距离,这种“差频”的概念,一旦理解,便会觉得豁然开朗。书中的数学推导虽然严谨,但作者们并没有止步于公式,而是通过对物理过程的深入解读,让我明白每一个变量的含义,以及它们如何共同作用于最终的测量结果。而且,书中还提到了FMCW在测量速度方面的独到之处,利用多普勒效应,巧妙地将频率的变化与目标的速度直接关联起来,这一点对于自动驾驶、无人机测速等领域具有极其重要的意义。读完这部分,我对于FMCW技术在现代科技中的应用前景,有了全新的认识和极大的信心。

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读这本书的过程,就像是在攀登一座技术的高峰,每一次翻过一个章节,都能看到更广阔的风景。书中对于FMCW激光探测技术在不同应用场景下的表现,进行了深入的剖析和比较。我尤其对书中关于“大气环境下的探测性能”这一部分的论述印象深刻。在实际应用中,激光信号不可避免地会受到大气湍流、散射、吸收等多种因素的影响,这会严重降低探测的精度和稳定性。本书的作者们并没有回避这些挑战,而是系统地分析了不同大气条件对FMCW信号的影响,并提出了一系列有效的解决方案。例如,书中详细介绍了如何通过优化激光器的发射功率和接收器的灵敏度来补偿信号的衰减;如何利用先进的信号处理技术来抑制散射和背景光的干扰;甚至还探讨了如何通过多普勒效应来区分不同介质的回波,从而提高探测的可靠性。此外,书中还对FMCW技术在不同领域的应用进行了广泛的介绍,从高精度的地形测绘、环境监测,到汽车的自动驾驶和ADAS系统,再到工业自动化领域的物体识别和定位。书中对每个应用场景都进行了详细的案例分析,展示了FMCW技术如何在这种特定的环境中发挥其独特的优势,以及在实际应用中可能遇到的问题和相应的解决方案。这种将理论与实际应用紧密结合的做法,让我对FMCW技术在未来社会发展中的潜力有了更深刻的理解。

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我对这本书的另一个深刻印象是其对“测量不确定性分析”的重视程度。在很多技术书籍中,往往会忽略掉这个看似“枯燥”但至关重要的环节。然而,《调频连续波激光探测技术》在这方面做得尤为出色。书中不仅详细阐述了FMCW系统中各种误差的来源,比如激光器频率噪声、调制非线性、探测器噪声、电子器件的非线性误差等,更重要的是,它深入探讨了如何量化这些误差,并最终计算出测量结果的不确定度。作者们引入了统计学和误差传播的理论,将抽象的误差概念转化为具体的数学模型,并给出了详细的计算步骤。这使得读者不仅能够理解误差是如何产生的,还能掌握如何评估和控制这些误差,从而提高测量的可靠性和可信度。书中还对“系统校准”和“误差补偿”的策略进行了详尽的介绍。它分析了不同类型的校准方法,比如零点校准、斜率校准等,以及如何通过实际测量数据来优化校准参数。对于那些追求极致测量精度的读者而言,这部分内容无疑是宝贵的财富。它让我明白,科学测量从来都不是一个简单的过程,而是需要严谨的理论支撑和精细的实践操作。这本书让我认识到,一个真正优秀的技术书籍,不仅要教你“是什么”,更要教你“为什么”以及“如何做得更好”。

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我特别欣赏这本书在技术细节上的深入挖掘,它不仅仅是停留在理论层面,而是真正触及到了FMCW激光探测系统的实际设计和实现。书中花费了大量的篇幅来讨论各种关键组件的设计,比如激光器的选择、调制器的性能要求、光电探测器的灵敏度和带宽,以及信号处理单元的架构。对于激光器的选择,书中并没有笼统地给出一个方向,而是详细分析了不同类型激光器(如半导体激光器、光纤激光器)在FMCW系统中的优劣势,比如线宽、稳定性、输出功率等,并给出了具体的选型考量因素。当我读到关于调制器的部分时,我更是感到受益匪浅。它详细介绍了电光调制器和声光调制器等几种主流调制方式,并从调制频率、调制深度、线性度、损耗等方面进行了详细的对比和分析。书中甚至还提及了如何优化调制信号的波形,以最大化距离测量精度和减小测量误差。更让我感到惊喜的是,书中还对信号处理环节进行了详尽的阐述,从原始的模拟信号如何被数字化,到各种数字信号处理算法(如FFT、匹配滤波)在FMCW系统中的应用。书中对这些算法的讲解,不仅清晰地展示了它们的工作原理,更重要的是,解释了它们如何有效地从嘈杂的信号中提取出目标信息,以及如何克服环境干扰。对于任何想要实际搭建或优化FMCW激光探测系统的人来说,这部分内容无疑是宝贵的“秘籍”。它将抽象的技术概念转化为可执行的操作指南,让我对这项技术有了更强的掌控感。

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这本书的价值,并不仅仅在于它对FMCW激光探测技术本身有多么详尽的论述,更在于它所展现出的“严谨求证”的科学精神和“精益求精”的工程态度。每一次阅读,都能让我感受到作者们在技术上的深厚积累和对细节的执着追求。书中在论证每一个结论时,都力求有理有据,无论是理论推导的严谨性,还是实验数据的可信度,都无可挑剔。而且,作者们在介绍一项技术时,往往会站在一个更高的视角,去审视它与其他相关技术的优劣势,以及它在整个技术生态中的位置。例如,在介绍FMCW技术时,书中会将其与传统的脉冲激光雷达、超声波传感器等进行对比,清晰地阐述FMCW的独特优势和适用的场景。这种“对比分析”的方法,让我能够更全面、更客观地理解FMCW技术的价值。更重要的是,书中展现出了一种不断追求完美的精神。它不仅仅满足于“能用”,而是力求“更好用”、“更可靠”、“更精确”。这种对卓越的追求,不仅体现在技术本身,也体现在书籍的编写风格上,力求为读者提供最清晰、最准确、最有价值的信息。这是一本值得反复阅读、细细品味的书籍,它能让我不断地从中学到新的知识,并激发我对技术研究的更深层次的思考。

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这本书的语言风格和逻辑结构,对于一个非专业背景的读者来说,展现出了一种令人惊叹的“平易近人”感,尽管它所探讨的技术本身是相当复杂的。在阅读过程中,我并没有感到被晦涩的术语所困扰,反而常常被作者们清晰的思路和生动的比喻所吸引。书中在介绍复杂的概念时,经常会穿插一些生活化的例子,或者用形象的比喻来类比技术原理。例如,在解释频率调制过程中,作者们可能会用一段音乐的音高变化来类比,或者用一个快速旋转的陀螺来比喻稳定性的重要性。这种“化繁为简”的处理方式,极大地降低了阅读门槛,让我能够更轻松地理解那些原本可能令人生畏的技术细节。此外,书中的章节安排也十分合理,层层递进,从基础原理到高级应用,再到未来的发展趋势,都有条不紊地展开。每一章的结尾,往往会有一个小结,帮助读者巩固所学内容,并为下一章的学习做好铺垫。这种清晰的逻辑结构,使得整个阅读过程非常流畅,不会出现“断层”的感觉。对于我这样一个希望在业余时间学习新技术,但又缺乏深厚专业背景的读者来说,这本书无疑是“雪中送炭”。它让我看到了学习高深技术并非遥不可及,只要方法得当,任何人都可以领略其中的奥妙。

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这本书在探讨FMCW激光探测技术时,展现了一种前瞻性的视野,它并没有仅仅停留在当前的技术水平,而是深入思考了未来技术的发展趋势和潜在挑战。我尤其对书中关于“多目标探测与识别”的讨论,以及“与新兴传感技术的融合”的章节留下了深刻的印象。在实际应用中,单一目标的探测往往是不足够的,更具挑战性的是如何在复杂的场景中同时探测和识别多个目标。书中详细分析了FMCW系统在处理多目标时的挑战,比如距离模糊、速度模糊等问题,并介绍了几种先进的信号处理技术,例如基于稀疏恢复的算法、基于机器学习的聚类和识别方法等,来有效解决这些问题。这种对复杂场景的处理能力,让我看到了FMCW技术在未来自动驾驶、智能交通等领域的巨大潜力。此外,书中还积极探讨了FMCW技术与其他新兴传感技术的融合,例如与惯性测量单元(IMU)、摄像头、雷达等技术的结合,以构建更强大、更全面的感知系统。书中分析了不同传感器的互补性,以及如何通过数据融合来弥补单一传感器的不足,从而提升整个系统的鲁棒性和性能。这种跨学科的融合思路,展现了作者们对未来智能化发展趋势的深刻洞察,也让我对FMCW技术在未来科技版图中的地位有了更清晰的认识。

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这本书给我带来的最深层次的启发,在于它让我看到了“问题导向”的研究方法在推动技术进步中的重要性。在阅读过程中,我能强烈地感受到作者们并不是为了研究而研究,而是紧密围绕着实际应用中遇到的具体问题,来展开技术的研究和创新。例如,在讨论FMCW系统在复杂场景下的探测性能时,书中详细列举了在工业生产线、交通运输等环境中可能遇到的各种干扰,比如强烈的阳光照射、其他传感器的信号干扰、以及快速移动的物体等。然后,作者们针对这些具体的问题,逐一提出了创新的解决方案。这种“从问题出发”的研究路径,让我觉得这项技术的研究充满了活力和实用性。书中对解决这些问题的思路和方法的介绍,也让我学习到了如何进行有效的技术创新——即要善于发现问题,更要善于分析问题,并提出有针对性的解决方案。这种研究方法论上的启示,对于任何一个希望在技术领域有所建树的人来说,都具有非常宝贵的价值。它让我明白,真正的技术进步,往往来源于对现实世界中各种挑战的深刻理解和不懈探索。

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作为一名对光学测量技术有着浓厚兴趣的读者,我被这本书在“实验验证与结果分析”方面的严谨性深深吸引。通常,技术书籍在理论阐述之后,往往会简单带过实验部分。然而,《调频连续波激光探测技术》在这方面则表现得尤为详尽和细致。书中不仅提供了作者团队在实际研究中进行的典型实验设计方案,包括实验平台的搭建、关键参数的设置、以及数据采集的流程,更重要的是,它对实验结果进行了深入的分析和讨论。这部分内容远不止于简单的图表展示,而是通过将实验数据与理论模型进行比对,来验证理论的正确性,并进一步揭示FMCW系统在实际运行中可能出现的偏差和不足。书中对实验数据的解读,充满了科学的批判性思维,作者们并没有回避实验中出现的“不完美”,而是坦诚地分析其产生的原因,并提出改进的建议。例如,书中在讨论某项实验结果时,会详细分析可能的误差来源,并对比不同条件下的实验数据,以说明特定因素对测量结果的影响程度。这种基于实验数据的严谨分析,不仅增强了我对书中理论的信任度,更重要的是,它让我学会了如何从实验数据中提取有价值的信息,以及如何进行科学的研究和论证。

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