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相位式激光测距技术研究与实现

孔琪  
【摘要】:近年来以激光测距为基础的测距技术在无人驾驶、无人机电力巡线、三维激光扫描以及三维实景地图等领域得到广泛的应用,因此对激光测距方法、测距手段以及测试精度的研究具有积极的意义。目前常用的激光测距方法有脉冲式激光测距、三角法激光测距、反馈法激光测距、干涉法激光测距和相位式激光测距等。由于相位式激光测距具有精度高的特点,因此论文对相位式激光测距进行了深入的研究与分析。相位式激光测距目前主要采用的方法有:(1)直接通过高速A/D转换器对发射、接收信号进行实时采样,然后通过数字信号处理的方法,计算出发射、接收信号相位差,进而可以间接得到测量的实际距离;(2)将发射、接收信号分别通过混频后,转换为频率较低的信号,然后通过脉冲计数的方式实现距离测量;或者将混频后得到的信号直接进行实时采样,再利用方法一的方式实现距离测量。方法一由于A/D转换器工作频率限制,因此所采用的激光信号频率不能太高,不能满足部分场合的实际应用;方法二中由于采用了混频方式将信号频率降低,但是通过分析可知,测距的相对误差是与混频后的频率成反比,因此频率太低会大大降低测试的精度。为此我们结合方法一和方法二的优点,利用混频技术、FFT技术等,提出了一种基于顺序等效采样的相位式激光测距方法,并对该测试方法进行了理论分析、测试误差仿真,最后设计了基于FPGA、DSP技术的实现方案,通过硬件系统实际测试,其实际测试结果和理论仿真分析结果基本一致,取得了较好的效果。


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