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相位式半导体激光测距关键技术的研究

施金钗  
【摘要】: 激光测距是随着激光技术的发展而发展起来的一种高精度测量技术。因其良好的精确度特性而广泛的应用在军事和民用等领域。 本学位论文完成的主要工作是: 详细介绍了干涉法、反馈法、脉冲法、相位法四种激光测距方法,对它们的测量范围、精度、应用途径及各自的特点进行了比较。着重研究了相位式激光测距的基本原理,在此基础之上,提出了一种实用的相位式激光测距方案。 完成了激光测距系统的设计,在分析了各种激光器和光探测器的特性、参数后选择了半导体激光器和PIN光电二极管。根据各自的功能将系统分成三大部分:发射部分、接收部分、数字测相及信号处理部分。 设计了带有负反馈控制的锁相环路来实现自动频率跟踪,研究了半导体激光测距调制发射技术,选用直接调制法对激光器的出射光功率进行调制。 完成了激光测距接收系统的设计,并在PROTEL和MULTISIM的电路设计和电路仿真的基础上,采用PIN光电二极管作为光探测器,设计了放大滤波电路和接收电路模块。 采用模拟乘法器作混频器,设计了混频电路,在高频下混频器的两路输入信号隔离度很高,解决了高低频测距光尺的干扰问题。采用了多周期同步鉴相法,实现了快速高精度自动数字测相技术。 对测距的实验结果和仿真结果进行误差分析和噪声分析,提出了相应的解决方法,提高了系统的测距精度,并分析了系统设计的理想实验结果,从而验证了用相位式激光测距方法来检测距离的可行性。


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