应用欠采样原理提高相位式激光测距精度

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1、红外与激光工程InfraredandLaserEngineering第38卷第1期Vol.38No.12009年2月Feb.2009应用欠采样原理提高相位式激光测距精度孙懋珩，赵雯(同济大学电子与信息工程学院，上海201804)摘要：在激光测距中，测程和测量精度一直都是一对矛盾体。在保证测程的同时，提高测量精度是本次设计的关键所在。相位式激光测距的传统思想是将高频信号进行混频之后得到频率较低的差频信号，使用FFT得到相位，但是信号经混频后会带来幅度的衰减和相位的偏移。为了解决该问题，提出一个新的思路，利用欠采样技术与同步检测原理改进测相方法，降低数据处理的复杂度,提高相位检测的精度。用MATL

2、AB仿真有白噪声和其他干扰信号存在时欠采样技术测量相位的精度，经过误差分析之后进行改进并与传统的方法进行了比较。关键词：激光测距；混频；FFT；欠采样；相位测量中图分类号：TN911文献标识码：A文章编号：1007-2276(2009)01-0070-04PrecisionimprovementofundersamplingtheoryusingphasiclaserrangefinderSUNMao蛳heng,ZHAOWen(SchoolofElectronicsandInformationEngineering,TongjiUniversity,Shanghai201804,China)A

3、bstract:Inlaserrangefinder,thedetectingrangeandmeasurementprecisionisacontradictionallthetime.Thekeyofourdesignistoimprovetheprecisiononthebasisofkeepingthedetectingrange.Thetraditionalmethodofphaselaserrangefinderismixingthesignalsofhighfrequencytoobtaintheusefulsignalwithlowfrequency,andthensampli

4、ngit,applyingFFTtoacquirethephase.Accordingtothephase,thedistancecouldbecalculated.Aftermixing,thesignalamplitudewouldbeattenuated,andthephasewouldbechanged.Tosolvetheproblem,anewmethodwaspresented.Applyingundersamplingtechnologyandthetheoryofsynchronizationmeasuringtoimprovethephasemeasurement,thec

5、omplexityofdataprocessingwasreduced,andtheprecisionofphasedetectingwasincreased.Tovalidatethefeasibilityofthismethod,phaseprecisionwasmeasuredusingundersamplingtechnology,thenwasemulatedbyMATLABwhenthewhitenoiseandotherinterferingsingalexist.Abettermethodwasfoundaftertheerrorscausewasanalyzed.Anditi

6、scomparedwiththetraditionalmethodunderthesamecondition.Keywords:Laserrangefinder;Mixing;FFT;Undersampling;Phasedetection0引言由于激光具有优良的单色性、定向性、高亮度、极强的能量密度和超高光功率等特点，激光技术便很快地应用到各类测量(大地测量、地形测量、工程测量、航空摄影测量，以及人造地球卫星的观测和月球的光学定位等航天测量)中，使得测量方法不断革新，测量收稿日期：2008-04-27；修订日期：2008-05-15基金项目：国家部委预研项目(42001070302)作者简介

7、：孙懋珩(1975-)，男，山东烟台人，副教授，博士，主要从事数字信号处理方面研究。Email:sun_mb@tongji.edu.cn图1混频方法的相位式激光测距硬件系统框图Fig.1Hardwaresystemframeoflaserrangefinderbasedonfrequencymixing精度显著提高，引起了测量领域的深刻变革，激光测距是其中应用最早且最为成熟的一种[1]。激光测距是