高速相位式激光测距数字鉴相方法仿真与实现

为实现高速、高精度相位式激光测距鉴相,根据数字相关法、数字同步解调法、频域数字鉴相法和全相位FFT法的鉴相原理,基于仿真考察了在白噪声、频率偏移等因素影响下的鉴相性能。仿真结果证明,在高速测量下(500 kHz),全相位FFT法优于其他方法。为应用于高精度相位式激光测距原理样机,设计全相位FFT法的FPGA信号处理方案,利用傅里叶变换共轭对称性从而实现了高速实时鉴相。实验数据表明:在500 kHz测距速率下,信噪比为40 dB,频率偏移0.01时,鉴相精度为0.09°;调制频率为100 MHz时,测距精度为0.38 mm。因此,全相位FFT鉴相法适用于高速、高精度相位差测量,提出的实现方案具有实际意义。     

一种基于DDS技术的新型激光测距系统的设计

提出了将直接数字频率合成（DDS）技术应用到连续波相位式激光测距系统中的整体设计方案，讨论了DDS技术和相位式激光测距的基本原理和特点，并对DDS的杂散性能进行了初步分析。在该系统中，采用了频率稳定度高、切换速率快和低相位噪声的DDS频率合成源，可以实现高精度的差频测相和全数字测相，对于工程实现高精度和大量程相位式激光测距系统提供了新的途径，同时引入了数字信号处理器件，将进一步提升系统的整体性能。     

正交混频相位式激光测距方法与系统实现

针对传统的二次混频式激光测距仪鉴相精度不高,难于消除系统误差等问题,提出了正交混频相位激光测距法,利用成熟的正交调制技术进行激光光强的幅度调制,提高了基于二次混频原理的激光测距仪的鉴相精度,并且通过改变低频信号相位来获得两个相对很小的频差,易于消除系统附加相移,大大简化了二次混频式激光测距仪的硬件设计。详细阐述了基于正交混频相位测距方法的激光测距原型机设计要点。系统原型机设计方案采用了集成度很高的正交调制芯片完成,结构紧凑没有冗余元件。原型机实验精度达到±1.52mm,在62.5MHz频点下测相精度达到0.042°,并且可以很方便地通过加入多频调制的方法大大提高测量距离,是采用二次混频法进行相位激光测距的优秀解决方案。     

矢量内积法高速相位式激光测距技术

测量速度和测量精度是相位式激光测距系统的两个重要指标。针对高速高精度测距需求,研究了基于矢量内积(Vector Inner Product, VIP)法的高速数字鉴相方法,从鉴相计算的点数、鉴相计算速度和鉴相精度等方面对VIP法的鉴相性能进行了仿真分析和实验测试,并与传统的数字频域鉴相法(Discrete Fourier Transform, DFT)进行了性能对比。仿真和实验结果表明,VIP法具有更高的鉴相速度和鉴相精度,当信号调制频率为50 MHz时,基于高速采样板卡实测得到的鉴相精度优于0.1°,测距精度0.2 mm以内,相同计算点数VIP法的鉴相处理速度是DFT法的3倍。研究结果表明,VIP法具有鉴相精度高、鉴相速度快的优点,适用于高速高精度激光测距系统。     

相位式光纤测量电路系统的设计与实现

本文在FPGA、直接数字频率合成(DDS)、数字鉴相等技术的基础上,设计并实现了相位式光纤测量电路,用于基于光纤的激光测距校正系统中光纤光程的测量.本文介绍了相位法测量的基本原理,对其电路设计和关键技术的实现进行了论述,并给出了系统的实际测量结果,为光纤光程的测量和标定提供了一个可行的方案和参考.     

基于FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统设计

针对传统相位测距系统精度不高和结构复杂等缺陷,设计出一种基于FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统.该系统首先设计了激光发射和接收部分的光学结构,其次设计了硬件系统中的光电检测电路和混频电路,最后采用数字转换芯片TDC-GPX2测量发射信号和反射信号的时间差,并以FPGA为核心处理器进行数字鉴相将时间差转化为相位...     

对机械手定位的全相位傅里叶变换相位式激光测距系统

针对机械手中用于标定以及空间定位的激光测距装置测距精度不足、容易受工作环境等因素的影响，进而导致测量不准确，影响机械手空间标定以及定位的缺点，提出了一种基于全相位傅里叶变换（apFFT）的相位式激光测距系统。该系统采用apFFT算法来进行鉴相，进而得出实时测量的距离。相比于传统的基于傅里叶变换的相位式激光测距方法，该方法能够有效抑制实际应用中由于多种因素导致的频谱泄露现象。实验结果表明，该系统具有良好的稳定性和抑制频谱泄露能力，同时该系统的平均定位精度可以达到1 mm，满足实际工业生产制造的需求。     

相位式激光测距全相位谱分析鉴相算法

为降低相位式激光测距的鉴相偏差,以余弦信号为对象深入研究全相位谱分析鉴相的性能。将余弦信号分解为指数形式进行频谱变换,得出负频率会引起谱分析鉴相偏差,但全相位谱分析的频谱泄漏远小于传统傅里叶变换(FFT)法,仿真时鉴相偏差降为后者的1‰。从信噪比增益角度研究窗函数对鉴相精确度的影响,分析表明,归一化频率偏移量绝对值小于0.3时,采用矩形窗的全相位谱分析鉴相方差最小,可达克拉美罗下限的1.3倍。实验结果表明,在测距系统中可忽略全相位谱分析鉴相的偏差,当信噪比为34 dB时,每秒百万次鉴相的精确度为3.3 mrad,测距精确度达1 mm,全相位谱分析适用于高精确度相位式激光测距。     

相位式激光测距的FFT与apFFT鉴相研究

为实现亚毫米精度相位式激光测距的鉴相,根据FFT与apFFT的鉴相原理,通过仿真考察两者在高斯白噪声和频率偏移影响下的鉴相性能,并考虑采样点数问题.仿真结果表明:在采样点数相同、频率偏移小的情况下,FFT比apFFT鉴相更准确.在测距速率10 KHz,信噪比35 dB,归一化频移量0.02,调制频率50 MHz时,FFT的测距标准误差为0.76 mm.因此使用FFT鉴相满足相位式激光测距的高速、高精度要求.     

基于数字鉴相的自由轴法RLC测量

针对自由轴法RLC测量中因使用模拟鉴相器导致测量精度低的问题,提出采用一种基于数字鉴相的测量方法.基准相位发生器与信号源使用同一频率,通过编程控制使基准相位发生器产生两个正交的相位参考基准信号,应用乘法型D/A对被测信号与相位参考基准信号进行数字鉴相,获得了被测阻抗电压及标准阻抗电压在正交坐标轴上的投影分量.分析与计算表明了该方法的准确性.这种方法比基于模拟鉴相的自由轴法RLC测量的精度高,测量的速度快.     

水下相位式激光测距定标方法

基于相位式激光测距的工作原理,提出了将相位式激光测距仪用于水下测距的思路,从原理上分析了水下相位式激光测距的可行性。通过水下距离测量实验,对水下相位式激光测距可行性进行了验证,完成了水下相位式激光测距仪的测距定标算法,并探究了水体浊度对相位式激光测距动态范围和测距精度的影响。实验结果表明,经过定标校正后的水下相位式激光测距仪在水下3.5 m范围内测距误差平均值不超过3 mm,测距范围与水体浊度间存在指数衰减关系。该水下相位式激光测距仪为水下距离的探测提供了一种新方法,可实现水下目标近距离的精确测距。     

激光多周期测距方法

介绍了脉冲激光测距的工作原理，分析了脉冲激光测距存在的问题。在此基础上提出了激光多周期测距方法，即用接收到的回波信号驱动发射激光主波脉冲，从而形成振荡，通过测量多个周期内的时间积累后取平均而计算距离的一种方法。阐述该方法的基本工作原理，并就提高测量精度的方法和影响因素进行了分析。给出了实现该方法的系统组成框图，分析了提高其精度的关键技术，实验证明该方法是一种成本低，测量速度快，精度高的短距离测距新方法。     

高精度激光动态测试技术初探

激光测距仪在研究过程中,主要是通过地面检测方法对测距仪的性能指标等加以测试研究,在整个工作过程中也是重要的工作内容.根据激光测距仪的基本工作原理,再设计出高精度激光动态测试系统,综合分析影响高精度的误差因素等,最终能够实现对激光测距仪的精度测量.相比起传统测试方法而言,激光测距仪具有以下两种特点:其一,精度高;其二,模拟距离动态的范围比较大.研究结果表明,高精度激光动态测试系统距离范围能够达到16m~28km,模拟精度超过0.16m.高精度激光动态测试系统在操作过程中既简单又方便,除此之外,具有比较强的实用性.高精度激光动态测试系统能够满足现阶段各种激光测距仪的基本需求.     

高精度激光动态测试技术研究

在星载激光测距仪的研制过程中,如何通过地面检测方法对 测距仪的各项性能指标进行测试,是一项重要的工作内容。根据脉冲式激光测 距仪的工作原理,设计了一套基于光电延时法的高精度动态测试系统,并对影响系 统精度的系统误差进行了分析,最终实现了对激光测距仪测距精度的测量。与传 统的测试方法相比,该方法具有模拟距离动态范围大、精度高等特点。实验结果表明,这种测试系 统的模拟距离范围可达15 m～30 km,模拟精度优于0.15 m。由于操作简易且实用性强,该系统可以满足 目前各种激光测距仪的测试需求。     

相位激光测距中相位测量与误差分析

激光方向性强,单色、相干性好,这些特点使得激光测距可以应用在多个领域。由于相位法测距可以达到较高的精度,因此相位法测距成为激光测距的首选。文中根据激光测距的特点,从几方面对相位法测距进行了改进和优化。在保证精度的前提下,减少了对单片资源的消耗,使激光测距系统有更快的响应速度和更多的资源进行功能扩展。通过仿真验证,文中所提方法达到了预期效果,并可根据不同精度需求,灵活地设计程序。     

远距离低盲区脉冲激光测距的实验系统

测距能力和测距盲区是脉冲激光测距系统中亟待解决的一对矛盾。本文介绍了远距离低盲区脉冲激光测距实验系统的基本组成和工作原理。通过对各种脉冲飞行时间测量方法的比较,确定采用延迟线数字插入法完成脉冲飞行时间的测量,从而保证系统的精度、测程和分辨率。同时,对测距盲区产生的原因进行了分析,提出了引入自动功率调节模块降低测距盲区的方法。系统利用雪崩光电二极管APD作为光电接收器件,采用软硬件结合的智能温度补偿方案对APD进行温度补偿。     

声光调制器在激光测距模拟系统中的应用

为了不受外界限制,方便对火控系统中激光测距机的主要性能进行定量或定性的检验和测量,需研制一套严格的可靠性试验系统.在激光测距可靠性模拟系统中,关键的延迟器组件已得到了较好的解决.本文将简要介绍其中声光器件的结构、工作原理及其延迟装置在激光测距模拟系统中的应用.     

移相相关法计算相位差的研究

为了提高相位式测距仪的测量精度,采用移相相关方法来估计两同频正弦信号的相位差。首先将每路信号移相2π后和原信号做相关来计算自相关,以减少噪声的影响;其次用少许数据初步估算相位差,并将一路信号移相,使两路信号的相位差移到π/2（或3π/2）附近;然后用较多的采样数据计算两路信号的相位差,将结果再减去移相量得到最终的相位差。同时分析了频率误差对相位差计算精度的影响,进行了理论分析和仿真实验验证。结果表明,该方法计算的误差大大减小。这对提高测距仪的测量精度是有帮助的。     

激光扫描相位边缘检测方法的研究

在激光扫描检测技术中,被测件边缘信号的检测精度将直接影响到系统测量的精度.讨论了一种新的边缘检测方法,即对扫描激光束进行调制,并利用调制信号的相位突变提取边缘信号.采用该方法可使工件边缘的检测精度小于微米量级.