用于相位式激光测距仪的全数字检相系统设计

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1、《激光杂23簿测距仪．№．6．2。。9)19用于相位式激光测距仪的全数字检相系统设计傅博，杨克成，罗涛，李微，夏珉f1．华中科技大学光电子科学与工程学院，武汉430074；、＼2．武汉第二船舶设计研究所，武汉430064，提要：本文提出了一种可用于相位式激光测距仪的全数字检相系统设计方案。通过对传统扩角检相方法的二次运用，在硬件上结合单片机控制，能对混频后产生的中低频测量信号与参考信号自动完成初始极性判别、大小角度判断、多次测量平均、信号采集处理等功能，并且具有精度高(理论检相误差仅几万分之一)、速度快、体积小、稳定性好的特点，可以作为一

2、个独立模块实现芯片集成，在小型智能化激光测距系统中有着广泛的应用空间。关键词：检相系统；角度判别；分频；单片机中图分类号：TN249文献标识码：A文章编号：0253—2743(2oo9}06—0019—03ledesignofdigi~phasediscriminatorsystemforphasedlaserrangefindersFUBo。YANGKe—cheng，LUOTao2，LIWei，XIAMin，1．SchoolofOptelectronieScienceandEngineering，HuazhongUniversityof

3、Science＆Technology，Wuhan430074，China；、＼2．WuhanSecondShipDesignandResearchInstitute，Wuhan430064，China)，Abstract：Anall—digitMphasediscriminatorsystemforphasedlaserrangetindersisrepresentedinthispaper．Thisdiscriminator，whichisbasedOildualfrequencydivision，Canaccomplishanglea

4、ndpolarityidentification，multiplemetering，signalprocessingandetc．，addingthecontrolofachip—microcomputer．ItsadvantagesbehaveinhishprecisionIprocessing，volume，andstability．Asanindependentmodule，thediscriminatorcanbeintegratedinasinglechipwhichwillfi~filltherequirementsinpin

5、t—sizedautomaticlaserrangetindersystems．Keywords：phasediscriminatorsystem；angleidentification；frequencydivision；SCM检相系统主要应用于各类相位式激光测距仪，是其信号经扩角后比相，直接得检相方波△。然而，图1所示的逻辑处理单元的重要组成部分。当探测器接收到内、外两路光信关系不能直接用于设计电路，实际应用中两路信号的分频器号后，首先将其转变为电信号，这两路电信号随之进入各自工作状态具有不确定性，即分频器何时开始工作，以及开始的信号

6、通道，分别完成与本振的混频、选频、放大和整形，最工作后第一次跳变是上升沿跳变还是下降沿跳变，将关系到后形成两路同频的差频测量信号。检相系统的功能，便是对系统电路逻辑的正确与否。图1所示的情况恰好选择了其这两路中低频测量信号与参考信号分别进行相位比较，通过中一个成功的特例，具体的系统电路设计不能简单的设计分特定的方法，得到它们之间的相位差信息，供后续信号处理频器而忽略两路相位方波的相位情况，即两个分频器的开启单元处理。时序不能一成不变，而是受相位方波超前或滞后关系的影1实现大、小角度判别的检相方法响。如文献[1]这样介绍扩角检相原理及电路设

7、计的不少文在检相过程中，最大的难题是如何对大、小角度进行有章，对分频器的开启时序问题都鲜有提及。效处理。由于电路噪声和调制光在大气中传输受环境的影响，测距信号的相位容易发生抖动，通常情况下，多次测量取平均可以消除这一影响，但是当相位方波是大、小角度情况时，这种抖动有可能使相位差从大角度跳变到小角度，或从小角度跳变到大角度，产生测距误差或错误。这种大、小角度跳变产生的影响，是不能用多次测量取平均来消除的。为了克服大、小角度引起的测量错误，通常可以采用移检相、扩角检相和分区段控制检相三种办法L1J。然而，三种方法各有其不足之处：移检相对两路相

8、位方波的占空比要图1文献[1]中(113页6—12)扩角检相原理图求很高，当占空比不是1：1，会产生较大误差；扩角检相虽然3改进的二次扩角检相方法对占空比没有要求，但是系统构成稍嫌复杂；分区段