资源描述：
《相位法激光测距的实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、29卷第oo.第4期北京工业大学学报Vl29N42003年e,12月JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOL()G、1无2003相位法激光测距的实现,汪友生徐小平北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京10002:.摘要介绍了相位法激光测距基本原理,详细论述了相位差的自动数字测量方法及其引起的误差对单次检相的精度、频率漂移、大气折射率等对测距误差的影响进行了分析并提出了具体解决方法.实现结果表明,采用相位法测距精度可以达到士(5mm+sx1o““功.:;;关键词激光测距相位精度:::中图分类号TM9
2、3文献标识码B文章编号0254一0037(2003)04一0424一04,如高度相干性、、方向性强、亮度高,这些特性使它在激光具有普通光所不能比拟的特性高度单色性工业、农业、医学、国防建设、.其中,科学实验等许多方面具有广泛的应用前景激光测距就是激光技术在.军事、工业、地形测绘乃至现代体育等领域的具体应用1相位法测距原理激光测距精度高,速度快.相位法激光测距是通过间接测定调制光信号在被测量距离上往返所需的‘]:时间tzD来计算距离D[D=e。=e二l(/2)几(/2)(中/2f)():。;D;式中为光波在空气中传播的速度巾为调制
3、光信号经过被测距离而产生的相位移f为信号的调制频率.,,在图1中A表示调制光波的发射点B表示安置反.D:D’射器的地点,A’表示所发出的调制光波经反射器反射后的接收地点.月一A’两点间的距离即是待测距离D的2,二上倍.如果调制光波长较短时,相位移为队丰入二了入斗,私又=刀,+,粼巾泳△沪(2)△沪嚓:2;:式中凡表示相位移巾中包含的二的整数倍△价表示不.图1光波经距离ZD后的相位变化二是整周期2的相位尾数将上式代人式(l)得2“(从+△从)‘、,,.___、一2CCCC‘v’】’11D一一l十“‘v一+“刀-,(刀)27Tf玩玩
4、丽:=△,(从+△从)又/2(戈+△戈)L(3).:一,二;LA,=;式中△拭△沪/(2)为小数几/2称之为测尺长度在实际应用中,由于无法确定从而采用增大调制光波长的办法,如果所采用的调制光波长几大于被测距离D的,0,.3)变为2倍式(2)中从将等于如图中虚线所示则式(D=气△N=气△沪/(ZT)(4),,,,由式(4)可知选定信号频率则测尺长度气即为已知只要测出光信号经过ZD距离后的相位移△沪一.:一17收稿日期200302作者简介:汪友生(1965一),男,安徽望江人,工程师,硕士.第4期汪友生等:相位法激光测距的实现即可测
5、得距离D的值.△沪的测定差频测相,,.为了保证一定的测距精度激光信号的频率必须选得很高一般为十几MHz一几百MHz如果在这样高的频率下直接对发射波和接收波进行相位比较,电路中的寄生参量的影响将产生显著的附加相移,降.,,,低测相精度;为此采用差频法来测相即通过主振频率与本振频率混频变成中低频信号由于差频信号仍保持着原高频信号的相位关系,测量中低频信号的相位就等于测量主振信号经ZD距离后的相位延迟.各主要电路单元及其相互之间的相位关系如图2所示.混频主振发射(毋1一田、〕)l+沪1一沪()田:,+叻;田,l+沪l反光镜相位计毋11
6、+叻l一毋11,、沪二2臼;z。图2差频测相电路各主要单兀之间的相位关系2可以,22从图看出混频后得到的个中低频信号之间的相位差就是主振测量信号经倍距离D后产.:生的相位延迟2个中低频信号。和。。的相位差△沪为=,+。。)z+,一()一。l一。。〕t+王一〔〕一20It。=、△沪[(田)沪沪}[()沪价]2田几(5)同时由于进人测量系统的中低频信号的频率比主振测量信号的频率降低了许多倍,使得相位周期也扩展了许多倍,这就大大地提高了测相精度,有利于相位测量.2.2自动数字测相2,图中的相位计的实现方法有多种采用自动数字厂二花,月吸
7、「育-门不‘m】;遇〕且乙l11又U.V测相法不仅测距精度高,速度快,而且便于实现数据的测一一量、记录和处理的自动化.它的原理框图如图3所示.一匣吩产川孚以泪吧塑CP鱼「一一下因为检相双稳态触发器(由触发组成)需要负跳RS‘g,变触发使之翻转故在比相之前先将正弦波形的参考信图3自动数字测相原理图号价与测距信号em经过通道1、2进行放大整形,变成方波.之后,2个方波信号分别加至检相触发器的R、s端.er方波的下降沿使触发器“置位”,Q端输出高电.,“”,平相当于用er方波的下降沿作为鉴相器的开门信号经过对应于相位差△沪的一段时间之
8、后em方波的下降沿又使触发器“复位”端输出低电平,相当于用em方波的下降沿作为鉴相器的“关门”信号.因此由检相触发器输出端所得到的检相脉冲宽度(即触发器的置位时间),对应着两比相信号的相位差.△沪在触发“”,.器置位期间与门l打开,时标脉冲P可以通C过它进人计数
