资源描述：
《精密相位激光测距仪的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、《激光杂志》1998年第19卷第6期LASERJOURNAL(Vol119,No611998)39精密相位激光测距仪的设计张处武胡学同(江苏省淮阴工业专科学校电气工程系,淮阴223001)提要:本文在论述了精密相位激光测距的理论依据的基础上,着重对系统设计中的误差进行了较为深入的分析与讨论,并据此提出了小型相位式激光测距仪的设计方案及相位鉴别与统计处理的方法,最后进一步给出了提高系统精度的修正措施。关键词:激光测距,信号处理,窄带滤波,正态分布Thedesignofprecisionphaselaserdis
2、tancegaugeZhangChuwuHuXutong(Huaiyinindustrycollege,Huaiyin223001)Abstract:Theauthorsanalysisthesystematicerrorsindetailbasedonthetheoryofprecisionphaselaserdistanceranging.Thedesignoftheminiaturephaselaserdistancegaugeisputforward.andalsothemethodtoprocess
3、staisticsandphasediscriminationisintroducedsimultaneously.Atthelastpoint,thecorrectiontoaccuratethesystemisgivenout.Keywords:laserranging,signalprocess,narrow2bandfilter,normaldistributionX1引言其表达式具有与(1)、(2)类似的形式:E11=E1mcosωt(4)考虑到光的量子属性,对光电信号的统计E21=E2mcos(ω
4、t-Φ)(5)特性作最严格、最透彻的描述导致最一般的分光敏器件的光电流的基频分量正比于E21,因布律———拉盖尔分布。在强信号的条件下,此〔1〕此,分布可以足够精确地用正态分布来近似。i(t)=Imcos(ωt-Φ)(6)而正态随机过程通过线性系统,其输出仍是正态分布的〔2〕,这一特性在光电测距中可以作为从而u2(t)=U2mcos(ωt-Φ)(6)′系统设计的依据。据此,作者设计了一个小型调制信号源自振荡器,因此有振荡电压信号的相位式单频激光测距仪,其精度可达10-6,u1(t)=Umcosωt(7)能够满
5、足一般大地测量、运动测量的要求。显然测出了光电流信号相对于振荡电压信号的相位差Φ,即测得了距离l。2相位式光电测距原理以上讨论仅仅针对光强变化,我们并不关一调幅光束通过被测体反射,返回光敏器心光振动本身的相位变化,因为任何现有的光件,设发送与接收光束的光强分别为:敏元件(如光敏二极管)都不能直接响应高达E1=E1m(1+m0cosωt)(1)1410Hz量级的光频振动。E2=E2m〔1+m0cos(ωt-Φ)〕(2)式中,Φ为接收光强调制光信号相对于发送光3系统设计与误差分析强调制信号的相位差,其值为:本文引
6、言指出,在强信号(即平均信号电子Φ=(2l/λm)2π=(4nπ/λm0)l(3)与平均干扰电子数均远大于信号相空间的单元式中,l为被测体距离,n为媒质折射率λ,m0为数)的条件下,光电信号的统计特性可以足够精真空调制波长。确地用正态分布来近似。这就为信号的统计处如果光强不是正弦调制,而是其它周期性调制方式,则通过滤波器,可取出其基频分量,X1998年3月9日收稿40《激光杂志》1998年第19卷第6期LASERJOURNAL(Vol119,No611998)理奠定了基础。而n元正态分布的性质决定用。了在系统
7、中使用窄带滤波器不会改变分布的性设信号电流与噪声电流的相对幅度为1与-4质(只改变分布参数),却能极大地提高信噪比,k(k≈10),则信号与噪声的叠加为:如将频带压缩至1/n,则信噪比可提高n倍。i(t)=cos(ωt-Φ)+kcos(ωt-θ)(12)鉴于此,本设计使用窄带滤波器,要求在在鉴相时,噪声对相位的影响可由(12)式的展6开式求出:20Hz带宽范围内信噪比优于10.这一要求对于百米量级的测量来说是容易达到的。设l=i(t)=cosωtcosΦ+sinωtsinΦ150m,发射光线发散度α=1mra
8、d,光辐出功率+kcosωtcosθ+ksinωtsinθP0=1mW,光敏元件接收物镜口径D=2cm,则=Acos(ωt-Φ^)(13)2光电流均值为:式中A=1+k+2kcos(Φ-θ)i=(P0Δt/hυ)KRηe/Δt=(P0/hυ)KRηe(14)-1(8)Φ^=tg〔(sinΦ+ksinθ)/(cosΦ+kcosθ)〕式中,R为反射系数,对于一般物体R>011,(15)对于合作目标R可接
