高精度LD脉冲测距理论与实现方法研究

【摘要】： 近年来,随着国家对基础设施建设投入力度的加大,建筑工程结构朝着大型化、精密化方向发展,对这些结构进行高精度的测量便成为了工程界迫切需要解决的一项关键技术。因此,开展高精度激光脉冲测距技术研究具有重要的意义。 本文提出了借鉴核脉冲探测技术中的新理论和新方法,采用定时甄别技术实现毫米级高精度激光脉冲测距。文中系统地分析了采用定时甄别技术的高精度激光脉冲测距的理论,结果表明:时间游动误差是影响定时精度的主要因素。为此,提出了采用过零定时甄别技术来消除时间游动的技术方案,并分析了单极性脉冲信号经过微分成形为双极性信号后过零点的特性。 通过分析时间间隔测量原理,提出了采用“粗”和“细”相结合的时间间隔测量方法。重点分析了采用模数变化实现“细”时间间隔测量的原理,并提出采用查表的方法解决模数变换中电容充电存在非线性的问题。 通过研制过零定时甄别电路、窄脉冲峰值保持电路和APD偏压电路,消除了影响定时精度的主要误差。 通过对上述关键技术问题的解决,设计出了高精度LD脉冲测距的电路系统,并结合软件开发、光学和机械等部分的设计,最终研制出了高精度LD脉冲测距系统样机。样机经北京博飞仪器股份有限公司测试后,结果表明:样机测程可达到1200m,重复测量精度≤±5mm,测距精度≤±(3+2ppm·D),优于开发项目的技术指标要求。