摘要：针对相位式激光测距中的鉴相误差,建立了谱分析鉴相的误差模型,提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法。分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差,指出这些测量偏差受初相位的影响,在高速测距中不容忽略。提出了一种无偏改进方法,通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器,将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号,在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下,实现了近似无偏谱分析鉴相。仿真分析和实验验证结果表明,鉴相均值与真实相位差相同;当信噪比为40dB时,每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100MHz时,测距精度达到0.4mm。实验表明,将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相,可实现高准确度相位差测量,并可应用于高速相位式激光测距。

摘要：为了优化相位式激光测距系统的双频源设计,提高测距精度,采用Simulink工具箱建立相位式激光双频(低频和高频)测距系统模型,采用全相位快速傅里叶变换鉴相算法来计算激光束往返被测目标的总相位差,计算出粗测距离和精测距离,再通过数据衔接算法来得到精确测量距离。仿真研究了加窗函数和白噪声对相位测量精度的影响。仿真结果表明:汉宁(Hanning)加窗函数对噪声信号的抑制效果最好,信噪比与测相精度成正比,在高信噪比下,100m测距范围的测距误差小于±2 mm,为相位式激光测距系统电路设计提供了理论依据。

摘要：在高精度相位式激光测距系统的设计中,要实现测距精度,必须全面考虑环境和系统条件中各种干扰因素。传统的签相方法单一,无法保证精度。根据模块化和参数化模型设计,并综合分析发射、传输、接收、信号处理、鉴相等环节的建模要素,在传统主噪声源基础上添加了相位噪声、同频干扰、谐波等微弱噪声因子,得到了逼近实际系统的精度分析模型。运用Simulink开发了仿真系统并进行了实验,仿真结果对比表明了模型的正确性和有效性,满足高精度相位式激光测距系统的设计需求。

摘要：为提高相位式激光测距中测量距离的精度性及保证光波调制信号的频率和相位稳定性,提出了采用直接数字合成技术(director digital synthesis,DDS)代替传统的锁相式频率合成法,产生频率和相位稳定性高的正弦信号,从而保证测量精度的方案和实践。采用具有分辨率高、频率转换快的DDS技术的芯片AD9850,通过设计相应的电路,程序和低通滤波来实现正弦信号源。实验结果表明,AD9850产生的正弦信号较好地解决了频率漂移和相位抖动等问题。

摘要：该文介绍了一种适用于中远程范围的激光测距系统,采用相位法计算待测距离,根据反射信号携带的相位信息计算得出测量距离。采用差频测相的方法,通过自动增益控制的预处理,将计算的相位差由高频转变为低频,提高了相差测量的稳定性并降低了测距误差。在数据处理方面,采用最大似然估计法对信号进行处理。采用DDS和PLL环外混频方法,使得到的结果更为准确。该系统具有精度高、无接触、物美价廉等优点。

摘要：雪崩光电二极管作为光敏接收器件,特别适合用于微弱信号的接收检测,它在相位式激光测距系统中用来接收经过漫反射后微弱的激光信号。针对雪崩二极管反向偏压电路中高纹波的问题,本文设计和分析了一种高效的低纹波偏压电路,实验结果表明,该方法有效抑制了纹波电压。针对雪崩二极管温度漂移的问题,本文设计和分析一种新型的温度补偿电路,使雪崩二极管达到了最佳雪崩增益。针对雪崩二极管噪声问题,分析了主要噪声源,设计了一个低噪声的前置放大电路,实验结果表明,该电路有效地提高了信噪比。综合实验结果表明,这些电路设计对于提高相位式激光测距仪的测量精度是有效的。

摘要：针对因激光测距系统在数据传送过程中产生的系统误差而影响系统测量性能的问题,研究开发了一套以相位式激光测距原理为基础的嵌入式激光测距系统,系统硬件部分主要采用ARM Cortex系列内核的STM32F1作为主机控制器、STM32F0作为从机激光测距模块的控制器,软件部分是在此硬件基础上借助Keil平台进行下位机软件开发,同时结合虚拟仪器LabVIEW来开发上位机测量操作界面,其中通过主机控制器搭载μC/OS-Ⅲ实时操作系统实现系统多任务管理。通过对实验数据的测试分析,提出了一种通过自定义HEX通信协议来提高系统测量精度和稳定性的方法。经过实验验证系统,最大相对误差不超过2%,测量精度±2 mm,可以满足系统在精度,稳定性上的设计要求。

摘要：针对空间应用背景对激光测距系统"宽测程、高精度、实时测量"的要求,使用相位式激光测距法中分散的直接法设计了一种激光测距方案,其理论测程可以达到10km,测距精度可以达到0.1m。对激光器和窄带滤光片提出了技术指标要求,对雪崩光电二极管(APD)进行了选型,并通过对空间环境背景噪声的分析和对空间非合作目标测程方程的分析验证了技术指标选择和APD选型的合理性。实验结果表明:该系统最大测距误差为8.71 cm,符合"测距精度优于0.1 m"的技术指标要求,同时具有较高的动态性能,测距时间不超过1 ms。此外,系统具有较小的整体功率和质量,分别为13.29 W和693 g,可作为天基应用的有效载荷。

摘要：测距精度是相位式激光测距系统的重要指标之一。为了提高测距精度,采用欠采样方法和全相位FFT(all-phase FFT, apFFT)算法设计了鉴相电路,使用卡尔曼(Kalman)滤波提高了测量数据的稳定性。根据欠采样谱分析鉴相原理,仿真分析了在不同采样频率和不同信号频率下的鉴相精度,对比了基于欠采样的FFT鉴相法和apFFT鉴相法在高斯白噪声、频率偏移等因素影响下的鉴相性能。仿真结果表明,欠采样不会影响鉴相精度,并且欠采样apFFT鉴相法的鉴相精度优于欠采样FFT鉴相法。进行了鉴相性能的实验验证,实验数据表明,当采样频率为100 MHz、信号调制频率为201 MHz时,apFFT鉴相精度为0.134°,卡尔曼滤波后鉴相精度优于0.023°,测距精度可达0.20 mm。因此,基于Kalman滤波的欠采样apFFT鉴相法具有精度高、抗干扰能力强等优点,在相位式激光测距系统中具有重要的应用价值。

摘要：光纤由于其频带宽、损耗低及抗干扰能力强等优点已被广泛地应用在通信、电子及电力方面,是我们生产生活中必不可少的媒介。在实际的光纤实验、安装、运营和维护工作中,一种精准、轻便和易操作的光纤测距系统显得尤为重要。设计中采用基于单片机的激光测距系统,以相位式激光测距法为核心,包括显示模块、模式选择模块、按键输入模块,该系统具有激光测距、复位、模式选择、校准、数值输入与显示功能。整个系统与传统的光纤测距仪相比有着低成本、轻便、功能人性化、便于操作等优点。