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1、第9卷第21期2009年11月科学技术与工程Vol19No121Nov.2009167121819(2009)2126337207ScienceTechnologyandEngineeringZ2009Sci1Tech1Engng1通信技术一种高精度相位激光测距方法的实现1周睿孔东(中国空空导弹研究院,洛阳471009;西安电子科技大学,西安710071)摘要在众多的测距方法中,激光测距因其良好的精确度特性而广泛应用在军事和民用领域。实现了一种针对合作目标的正弦调幅激光相位测距方法,使用CPLD和单片机,利用脉冲填充法提高了测距精度。此方法
2、设计的测距仪具有系统简单、响应速度快和精度高等特点。关键词激光测距合作目标相位法中图法分类号TN249;文献标志码B在科学技术诸多领域乃至日常生活中,非接触进行几公里至几十公里的近程测距时,即使不使用测距有很重要的应用价值。在现代测距方法中,激合作目标,只是利用被测目标对脉冲激光的漫反射光测距具有测距精度高、体积小、重量轻、携带方信号,也可以进行测距。缺点就是绝对的测距精度便、分辨率高、抗干扰能力强等优点,从而成为人们不是很高。青睐的测距方法。近几年,一些著名的研究机构都1.2相位式激光测距在研究该方法在自动制造业,机器人领域以及军事相位式
3、激光测距仪,是利用固定频率的高频正方面的应用,并已经取得了很多成果。弦信号,连续调制激光源的发光强度并测定调制激光往返一次所产生的相位延迟。通过相位延迟计1激光测距的集中常用方法算测量的距离。相位式测距是通过测量连续的幅度调制信号激光测距从技术途径上分为三角测距法和飞在待测距离上往返传播所产生的相位延迟,间接地行时间法两大类。飞行时间法激光测距可分为三测定信号传播时间,从而得到被测距离的。这种方种:脉冲激光测距,相位法激光测距和干涉法激光法测量精度高,通常达毫米量级。[1—3]测距。1.3干涉式激光测距1.1脉冲式激光测距干涉测距法也是一种
4、相位法测距。它与一般脉冲激光测距技术利用激光脉冲能量在时间的相位测距法的区别在于它不是通过测量激光调上相对集中,瞬时功率很大(一般可达瓦)的特点,制信号的相位来测定距离,而是通过测量激光光波在有合作目标的情况下,脉冲激光测距可以达到极本身的干涉条纹变化来测定距离。远的测程,一般的脉冲激光测距机可测量数十甚至数万公里的距离,达到十几个厘米的测量精度。在[3,4]2相位法激光测距测距的基本原理2009年7月23日收到第一作者简介:周睿(1982—),重庆人,助理工程师,硕士,研究方本文出于应用背景的考虑,采用针对合作目标向:光学工程。的相位法激
5、光测距,即在被探测目标上设置合作目标,检测发射的调制光和被合作目标反射的接收光6338科学技术与工程9卷之间光波的相位差,从而求出被测目标的距离,其则有基本原理如图1。2L=λ(m+Δm)(5)L仍表示待测距离,将式(5)变形后可得λL=(m+Δm)=Ls(m+Δm)(6)2m和Δm所代表的意义与式(4)中相同。但是,相位测相技术只能测量出不足2π的相位尾数Δφ,而不能确定出相位的整周期数m,因此,当距离上大图1相位测距原理于c/Ls时,仅用一把“光尺”是无法测定距离的。为了解决这个问题,可降低调制频率,使得c/Ls>L即图1其中A为探测原
6、点,B为目标所在位置,L可确定距离L。由于测距系统中“光尺”越大,误差为两点之间的距离,λ为选择的调制波长,满足越大,所以,既能测长距离又要有较高的测距精度,cλ=(1)解决的办法就是同时使用LS不同的几把“光尺”。f“粗尺”保证测程,“精尺”保证测距精度。式(1)中f为调制波的频率,c为光速。由图1可知,光波从A点传到B点的相移φ可表示为φ=2mπ+Δφ=(m+Δm)2π(2)3相位法激光测距仪的实现式(2)中m为非负整数,Δm为小数,且基于相位法激光测距仪的原理,本文主要设计ΔφΔm=(3)2π了接收系统中的滤波放大模块和信号处理模块。
7、则,A,B两点之间的距离可以用以下式子表示一般测距仪为保证精度要求,调制频率基本都φ在十几MHz～几十MHz,但是如果在这样高的频率L=ct=c=λ(m+Δm)(4)2πf下直接对发射光和接受光进行相位比较,电路中的式(4)中t表示光波从A到B的时间。由式(4)知,寄生参量将对鉴相结果产生非常大的影响,甚至若测得2π的整数倍m和小数倍Δm,就能准确的测PCB电路板中走线长度所引起的延时也必须考虑,量A,B两点的距离L。λ被称为激光测距中的“光造成难度加大,所以本系统采用差频法进行测量,尺”。即通过本振和主振混频,得到低频信号。混频器的当在B
8、点设置一个反射器(即合作目标),使从实质是对输入的两路信号作乘法运算,提取差频信测距仪发出的光波经反射器反射再返回测距仪,然号来实现混频的[5,6]。依据以下公式后由测距仪的测相
