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数字鉴相式激光测距系统几个关键问题的研究

高嵩  
【摘要】:激光测距技术是目前应用较为广泛的一种测量技术,具有精度高、昼夜可用且性能可靠等优点。随着激光、集成电路、数字信号处理、精密机械等技术的飞跃发展,激光测距仪向着高精度、小型化、数字化的方向不断进步,尤其是在半导体激光器的大量应用后,激光测距仪的性能更加可靠,应用领域更为广泛。 激光测距技术按照测程主要可以分为远程激光测距、短程激光测距和微位移激光测量,激光测距的主要方法有脉冲式激光测距、相位式激光测距、三角法激光测距、干涉法激光测距等。脉冲式激光测距具有激光脉冲持续时间极短、能量在时间上相对集中、瞬时功率很大的特点,适用于远程激光测距;相位式激光测距的方法允许使用低功率的激光器,可在高频下被调制,在短量程内始终保持高精度测量,适用于短程激光测距;三角法激光测距和干涉法激光测距都具有极高的灵敏度,广泛应用于微位移测量领域。 本文针对目前相位式激光测距系统电路实现复杂、鉴相精度不高、抗干扰能力不强等缺点,设计了基于正弦波调制激光的数字鉴相式激光测距系统。该系统使用DDS(直接数字频率合成器)产生用于调制激光器的正弦信号,通过软件改变调制频率,代替了传统的固定频率源,采用APD接受返回光,放大滤波处理后,经混频器与本振信号混频取得差频信号,再经过数据采集电路采集,在DSP内实现数字鉴相运算。运用基于FFT的数字鉴相的方法,与模拟鉴相的方法相比,不仅精度高而且大大简化了电路的设计。 经实验室初步实验和仿真结果表明该系统的技术途径是可行的,并对影响系统性能的几个关键问题作了比较详细的分析。


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