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1、2009年8月应用天地第28卷第8期3数字TDC技术在相位式激光测距中的应用研究张小勇张丕状(中北大学电子测试技术国家重点实验室太原030051)摘要:介绍了相位式激光测距与数字TDC(time2to2digitalconverter)技术原理,提出将数字TDC技术应用于相位式激光测距的方法。对方法进行了理论分析,并使用MATLAB/Simulink建立了系统的模型,通过仿真验证了理论推导的结论,将数字TDC技术应用于相位式激光测距可在单一、较低的调制频率下,可以达到很高的精度,使用1MHz调制频率,最大量程为150m,理论精度可达到9.75μm。
2、关键词:测量;激光测距;相位差;数字TDC中图分类号:P225.2文献标识码:AApplicationstudyondigitalTDCinphaseshiftlaserrangefinderZhangXiaoyongZhangPizhuang(NationalkeyLaboratoryforElectronicTestingTechnology,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,China)Abstract:TheprincipleofphaseshiftlaserrangefinderandDigital
3、TDC(time2to2digitalconverter)areintroduced,andtheapplicationofDigitalTDCinphaseshiftlaserrangefinderisreferredinthepaper.ThemethodisanalyzedandthemodelisbuiltonMATLAB/Simulink,thenthetheoreticalconclusionsisverifiedthroughthesimulation.Theapplicationofdig2italTDCinphaseshiftla
4、serrangefindercanachieveahighprecisionwhenusingasingle,lowmodulationfrequency.Thelargestmeasurementrangeis150metersandthetheoryprecisionmayachieve9.75μmwhenusing1MHzmodulationfrequency.Keywords:measurement;laserrangefinder;phase;digitalTDC[3]应用于脉冲式激光测距,达到了cm级测量精度,但脉冲0引言式激光测距受到
5、反射光波峰辨识误差等因素的影响,测量激光测距是激光最早的应用之一,这项技术经过40精度难以进一步提高。本文在研究相位式激光测距与数余年的发展,已在军事、航天等多个领域得到了应用。目字TDC技术原理的基础上,以数字TDC芯片TDC2GP2前的激光测距方法主要可以分为脉冲式与相位式2种:脉为例提出了应用数字TDC技术实现高精度相位式激光测冲式激光测距是通过发出短脉冲,计算脉冲飞行时间测距的方法,并使用MATLAB/Simulink建立了系统的模型距;相位式激光测距是通过光强调制,测量接收到的光波验证了理论推导的结论。[1]与参考信号的相位差测距。1相位
6、式激光测距方法分析高精度时间数字转换TDC(time2to2digitalconverter)[2]是从实验核物理中发展起来的一门技术。随着CMOS相位式激光测距是将发射光波的光强进行正弦调制,工艺的进步,基于CMOS工艺的数字TDC技术受到广泛光信号经被测目标反射后由测距系统放大,通过测定经被的关注,并取得了很大的发展。TDC2GP2芯片是ACAM测目标反射后的信号与参考信号的相位差,间接求得Δt,[4]公司出品的基于数字TDC技术的TDC芯片,具有65ps从而得到距离D。通过测量相位差来间接测量时间,较量级的时间间隔测量精度,目前已有文献报道,
7、将该芯片直接测量往返时间的处理难度降低了许多。此时距离D作者简介:张小勇,在读硕士研究生,主要研究方向为信号与信息处理。3基金项目:山西省自然科学基金(2007012003)资助项目—60—中国科技核心期刊2009年8月应用天地第28卷第8期可由计算公式(1)可表示为:变器电路组成的延迟电路产生延迟,而每个的逆变器延时11Δφ是确定的。在这里,将测试信号输入到触发器的时钟部D=CΔt=C(1)222πf分,将逆变器/延迟电路中的TAP(CK1,CK2,⋯)产生的式中:Δφ表示信号往返测距仪与目标一次所产生的相位参考时钟输入到触发器的数据部分(D),
8、触发器的输出成差;f表示调制信号的频率。为即为时间的数字化表示,主要采用图1所示结构[7]。将λ=C/f代入式(1)得(用
