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阵列激光测距系统调制与解调技术研究

张汉芯  
【摘要】:激光测距作为一种非接触式的测量手段已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能监控等领域,涉及多种学科技术。现有的激光测距技术都是用于逐点测量,无法同时满足测量范围大、精度高、测速快等要求。本文的阵列激光测距系统每次对测量物体可以进行阵列式的测量,相对于逐点式测量极大的提高了测量速度。其中调制解调技术是本系统的关键技术,由于激光的调制解调方法直接影响激光测距系统的测量精度和系统硬件的复杂程度,因此本文将在介绍阵列式激光测距系统的同时对适合阵列式激光测距系统的调制解调技术进行研究,并给出其硬件实现方法。 阵列式激光测距系统是一种采用多路频分复用技术的相位式激光测距系统,通过用不同频率调制信号分别调制激光器实现阵列式激光测距。即用硬件电路产生多路频率不同的调制波信号分别同时驱动多个半导体激光器发射激光,照到物体表面后返回光是多路调制光的混合光,用同一APD接收混合光并将其转换为电压信号,然后经放大、混频、滤波等处理后,由AD进行采集送入DSP进行鉴相。本系统用全相位FFT鉴相法代替传统的FFT鉴相法,来消除存在频谱泄漏、“不同步采样”等易引起的测相误差,经全相位法鉴相后直接取谱线上主谱值对应的相位,即可得到准确的相位信息。然后根据相位值算出不同测量点的距离,这就是阵列式测距系统的原理。其中调制解调部分,本文分别用方波和正弦波对激光进行调制,通过仿真对方波和正弦波调制进行分析研究,给出其硬件电路并比较其复杂度以及对精度的影响,得出一种更有效的调制解调方式。 最后论文对阵列式测距系统的影响因素进行分析,给出混频、滤波以及放大对系统相位的影响,并提出相应的改进措施,通过实验和仿真表明系统技术是可行的,为其今后的开发打下了坚实的技术基础。


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