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1、JIANGSUUNIVERSITY本科课程设计说明书光学测试课程设计题目：激光相位测距仪的设计学院名称：机械工程学院专业班级：光信息0901学生姓名：方潇指导教师姓名：姚红兵2011年6月1摘要：相位法激光测距仪是一种得到广泛应用的激光测距仪，它既能保证大的测量范围，又能保证较高的绝对测量精度。本文论述了相位式激光测距仪的实现原理，着重从直接测尺频率和间接测尺频率两种情况进行讨论了激光相位测距技术的实现,深入探讨了差频测相原理，并进行了精度分析，以提高系统的测量精度和稳定性。关键词：激光测距；相位式；差频测相Abstract:Thephase-based
2、methodoflaserrangefinderisawidelyusedlaserrangefinder,itcanensurealargerange,butalsoensureahighabsoluteaccuracy.Thisarticlediscussestheimplementationoftheprincipleofthephase-shiftlaserrangefinder,focusingonthefrequencyfromthedirectandindirectmeasuringtapemeasuringtapetodiscussbot
3、hcasesthefrequencyoflaserrangingtechnologyimplementationphase,in-depthstudyofthefrequencydifferenceofphasefindingwiththeory,andfortheprecisionanalysistoimprovesystemaccuracyandstability.Keywords:laserranging,phase-shift,frequencydifferenceofphasefinding1目录1.激光相位测距仪的原理11.1概述11.2相位
4、法激光测距原理21.3激光相位测距仪42.激光相位测距技术的实现52.1直接测尺频率52.2间接测尺频率53.相位测量技术的阐述73.1差频测相原理73.2自动数字测相法简介84.测距精度的分析94.1误差分析94.2精度分析95.参考文献11121.激光相位测距仪的原理1.1概述激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。它重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。一般可分为测量距离近、精度高的手持式激光测距仪和测量距离远，但精度相对较差的望远镜式激光测距仪。激光测距仪广泛用于地形测量，战场测量，坦克，
5、飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。在民用方面也有较大的市场和应用前景。激光测距系统的基本原理是测量激光脉冲在空间传播的时间间隔(TOF),进而获得测量距离。测量时间间隔的方法主要有三种:TOF法(timeofflight,TOF),脉冲式激光测距,直接测量发射光束和接收光束之间的时间间隔;AMCW法(amplitudemodulatedcontinuouswave,A
6、MCW),相位式激光测距,通过测量调幅连续波发射光束和反射光束的相位差来测量时间间隔;FMCW法(frequencymodulatedcontinuouswave,FMCW),通过测量调频连续波发射光束和接收光束的频率差来测量时间间隔。目前应用较广的激光测距仪,主要为基于TOF法的脉冲式激光测距仪和基于AMCW法的相位式激光测距仪。相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算出此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。相位式激光测距仪一般应用在精密测距
7、中。由于其精度高，一般为毫米级，为12了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。相位测距仪既能保证大的测量范围，又能保证较高的绝对测量精度，因此，得以广泛应用。但是，相位测距仪的测量精度受到大气温度、气压、湿度等方面的影响，在使用时要引起注意。1.2相位法激光测距原理图1相位法激光测距原理图相位法激光测距是通过测量相位延迟的方法，间接测定调制光信号在被测量距离上往返所需的时间t来计算距离L，原理如图1所示，距离和光信号相位的关系可表示为(1)式中：(2)12将(2)代入(1)得(3)式
8、中：c为光波在空气中传播的速度，∆φ为调制光信号经过被测距离L所产生的相位差，f
