正交调制降频相位式激光测距
激光测距技术原理
激光测距技术原理：1.激光的亮度高。
固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr这是因为激光虽然功率有限，但是由于光束极小，于是具有极高的功率密度，所以激光的亮度一般都大于我们所见所有光（包括可见光中的强者：太阳光），这也是激光可用于星际测量的根本原因所在；2.激光的单色性好。
这是因为激光的光谱频率组成单一。
3.激光的方向性好。
激光具有非常小的光束发散角，经过长距离的飞行以后仍然能够保持直线传输；4.激光的相干性好。
我们通常所见到的可见光是非相干光，激光可以做到他们都做不到的事情，比如说切割钢材。
在测距领域，激光的作用更是不容忽视，可以这样说，激光测距是激光应用最早的领域（1960年产生，1962年即被应用于地球与月球间距离的测量）。
测量的精确度和分辨率高、抗干扰能力强，体积小同时重量轻的激光测距仪受到了大多数有测距需求的企业、机构或个人的青睐，其市场需求空间大，应用领域广行业需求多，并且起着日益重要的作用。
一、相位法激光测距技术原理：当今市场上主流的激光测距仪是基于相位法的激光测距仪。
这是因为基于相位法的激光测距仪轻易地就可以克服超声波测距的一大缺陷：误差过大，使测量精度达到毫米级别。
而基于此法的激光测距仪主要的缺点在于电路复杂、作用距离较短（一百米左右，经过众多科学工作者的努力，现在也有作用距离在几百米的相位法激光测距仪）。
相位法激光测距技术，是采用无线电波段频率的激光，进行幅度调制并将正弦调制光往返测距仪与目标物间距离所产生的相位差测定，根据调制光的波长和频率，换算出激光飞行时间，再依次计算出待测距离。
该方法一般需要在待测物处放置反射镜，将激光原路反射回激光测距仪，由接收模块的鉴波器进行接收处理。
也就是说，该方法是一种有合作目标要求的被动式激光测距技术。
如下图所示：由图所显示的关系，我们可以知道，用正弦信号调制发射信号的幅度，通过检测从目标反射的回波信号与发射信号之间的相移φ，通过计算即可以得到待测距离。
相位测距
基本原理相位式激光测距是通过测量连续的调制光波往返距离产生的相位延迟,间接的测定光在空气中往返于待测目标间的飞行时间,从而求出被测距离。
由激光调制发射系统、反射器、光电探测接收系统、频率综合部分(本振信号产生)、相位测量、以及显示部分组成。
由于测距的调制信号频率比较高,如果直接测量相位信息,则对测相芯片的分辨率要求比较高,而且误差比较大。
因此通常测距仪都采用了混频测相的方式对,高频信号与本振信号进行差频然后得到中低频信号,进行相位比较,后续通过AD转换和单片机把相位差信息转换成我们所需要的距离信息并且显示出来。
频率选择根据测距仪的设计需要,比如:测量精度、量程、计算简便,选择合适的测尺频率。
测尺频率可由下式确定:相位测量技术相位式激光测距仪中测距光波被接收以后通过测量相位差来计算光波飞行时间,因此相位测量是测距仪中关系到测距精度的一个关键部分。
主要的数字相位测量方法有以下几种:自动数字测相、欠采样同步检测法、向量内积法。
由于相位式激光测仪的测距要求精度比较高,测距光波的调制频率比较高,因此直接进行相位测量,则对器件的要求比较高,现在一般都釆用混频的方式与数字检相搭配使用,这样可以先把高频信号差频成中频或低频信号,然后再进行相位比较。
激光测距仪的总体设计1)采用波长为650mn的半导体激光器做光源,雪崩二极管做光电探测器;2)选用单一的直接测尺方式,测尺频率为lOMHz ,本地振荡信号频率为9.995MHz;3)用AD8002A做光电探测器前置放大电路和带通滤波器;4)用于测相的混频输出信号为5KHz,理论测尺长度为15米。
测相精度在毫米量级;5)使用AD8302做测相芯片,模数转换芯片将模拟信号转换成数字信号,传送给单片机控制系统,并且通过LCD显示出距离;6)采用窄带干涉滤光片来抑制带外噪声。
激光调制：利用有源晶体振荡器来产生lOMHz的高频振荡信号接入调制电路V端,测距回波接收部分光电器件：APD硅光电二极管在体积、响应速度、可靠性上相比其他元件都有非常好的特性，特别是硅材料制成的雪崩光电二极管（Avalanche Photo Diode，简称APD）。
相位式激光测距原理
相位式激光测距原理
相位式激光测距原理是一种利用光学原理测量物体距离的方法。
其基
本原理是将激光束发送到目标物体，经过反射后接收回来，然后根据
光的相位差计算出物体到激光测距仪的距离。
下面将会逐一讲解相位
式激光测距原理的详细内容。
1. 激光的发射
相位式激光测距仪通过激光器发射一束定向、单色、激光光束，将激
光传输到目标体上。
2. 激光的接收
激光的接收有两种方法，其中一种可以使用普通的接收型光电二极管
来完成，另一种则需要使用相位测量的方法。
3. 相位差的测量
通过对激光发射时和接收时的相位差进行测量，得到目标到发射点的
距离，这个距离与光的波长有关。
4. 数据的处理
将测得的距离进行处理后，即可得到精确的目标距离数据，同时在数
据处理的过程当中，还可以实现自动跟踪，提高了装置的实用性。
总之，相位式激光测距原理是一种非常先进和高精度的测距方法，其
原理也比较复杂，需要参考一定的物理学知识，而在工业、航空航天、军事等领域都有广泛的应用。
激光相位法测距页PPT文档
模拟开关切换电路
6、CPLD电路设计 具体的设计指标：电路I/O 口为LVTTL电平；计数频 率大于100MHZ 在该系统中，差频系统与检相系统都是在CPLD内部 实现
CPLDEPM240核心电路
7、单片机相关电路设计 单片机为ATM128
单片机及其外围电路
8、电源模块设计 整个系统所需的电源电压有+9V, +5V, -5V, +3.3V和 +1.8V。 其中+9V可由交流转直流的变压器提供，也可由蓄 电池提供，而其它电源则由+9V转化而来。 （1）+5V 电源 二极管为常用的1N5824，开关电压调节器LM2596
(4)接收部分使用PIN光电二极管，经前置放大后， 使用MFB带通滤波提取有用信号，精尺频率与粗尺 频率经过通道切换幵关后采用同一组放大整形电路， 减小系统复杂度，缩小电路板面积，节约成本。 (5)在高速CPLD内部实现参考信号与本振信号的差 频、测量信号与本振信号的差频，两个差频采用自
主要元件：两片AD9954（直接数字式频率合成器）， ATM128单片机， EPM--240T100C5N， 液晶显示器LCD12864，开关电容芯片LM2662 ，低压差电压调节芯片LM1117， LM2596-5.0（开关电压调节器）， 电平转换芯片MAX3232和DB9的串口线接口， 高速比较器芯片AD8611， 高速电流反馈宽带运放AD8001 单刀双掷（SPDT)模拟开关ADG636， 电压反馈放大器AD8045， 激光二极管BOS650010， 双路、宽带跨导运算放大器OPA2662
1、频率综和电路 具体设计指标：产生5MHz，50MHz, 5.001MHz, 50.0001MHz的频 率；可在低频与高频间快速切换；电压幅度为-500mV~500mV。
相位式激光测距——间接tof法
相位式激光测距——间接tof法相位式激光测距是一种通过测量光波的相位来确定距离的技术。
在激光测距中，相位式激光测距是一种常用的测距方法之一。
而间接TOF法（Time of Flight）则是利用光脉冲从发射到接收所需的时间来计算距离的一种方法。
下面我将从多个角度来解释相位式激光测距和间接TOF法的相关内容。
首先，相位式激光测距是利用激光光束发射到目标上并返回的时间来计算距离的一种技术。
它通过测量光波的相位差来确定目标的距离。
相位式激光测距具有测量精度高、测量距离远、抗干扰能力强等特点，因此在工业测量、地理测绘、无人驾驶等领域得到了广泛的应用。
其次，间接TOF法是指利用光脉冲从发射到接收所需的时间来计算距离的方法。
在激光测距中，通过测量激光脉冲从发射到接收所需的时间，再结合光速的知识，可以计算出目标与测距设备的距离。
这种方法的优点是测量速度快，对目标的反射能力要求低，适用于复杂环境下的测距任务。
从技术角度来看，相位式激光测距和间接TOF法都是利用光学原理进行测距的方法，需要高精度的光学器件和精密的测量系统来实现。
在实际应用中，需要考虑光波在传播过程中的衰减、散射等因素对测量结果的影响，以及如何提高测量精度和稳定性。
此外，从应用角度来看，相位式激光测距和间接TOF法在工业测量、三维成像、地质勘探、机器人导航等领域有着广泛的应用前景。
随着激光技术和光电子器件的不断发展，相信这两种测距方法在未来会有更多的创新和应用。
综上所述，相位式激光测距和间接TOF法是两种常见的激光测距方法，它们都在不同领域有着重要的应用。
通过不断的技术创新和实践应用，相信它们会为我们的生活和工作带来更多的便利和效益。
激光相位测距原理
激光相位测距原理
激光相位测距是一种高精度测量距离的技术，其原理是利用受测
物体反射的激光光束与光源发出的激光光束之间的相位差来计算距离。
激光相位测距系统由激光发生器、光学系统、光电探测器和数据
处理器组成，其中最关键的部分是光学系统。
激光光束从发光器发出后，经由激光器发生器准直后送入距离测
量区域。
受测物体反射的激光光束再次经过激光器发生器，进入光电
探测器后，将信号转化为电信号。
根据物理学原理，光在传播过程中会发生折射和反射等现象，从
而导致光程差发生变化，引起光的相位差。
由于激光的相位差与反射
光路的长度成正比，因此通过测量激光两次入射和反射的光程差得到
的相位差，就可以计算出受测物体的距离。
在激光相位测距技术中，主要应用了光干涉原理、反射原理以及
光电探测技术。
其中，光干涉原理强调了光的相位差，反射原理强调
了光的反射和折射，光电探测技术则是将光信号转化为数字信号进行
计算和处理。
激光相位测距技术具有高精度、高灵敏性、高速度的特点，常用
于地质勘探、测量建筑物高度、制造业检测、制造高精度仪器等领域。
激光测距原理与方法
激光测距原理与方法激光测距粗划分为两种，第一种原理大致是光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离，以激光测距仪为例；第二种是以激光位移传感器原理为原理的方法的。
激光的测量方法大致有三种，脉冲法（激光回波法），相位法，三角反射法。
脉冲法测量距离的精度一般是在+/- 1米左右。
另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。
三角法用来测量2000mm以下短程距离（行业称之为位移）时，精度最高可达1um。
相位式激光测距一般应用在精密测距中，精度一般为毫米级。
激光回波分析法则用于远距离测量。
1第一类测距如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。
D=ct/2 式1.1式中：D——测站点A、B两点间距离；c——光在大气中传播的速度；t——光往返A、B一次所需的时间。
由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。
2 第二类测距激光位移传感器能够利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。
激光位移传感器（磁致伸缩位移传感器）就是利用激光的这些优点制成的新型测量仪表，它的出现，使位移测量的精度、可靠性得到极大的提高，也为非接触位移测量提供了有效的测量方法。
按照测量原理,激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法,激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量，而激光回波分析法则用于远距离测量。
3测量方法一：相位式激光测距相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。
即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。
若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为：t=φ/ω 式3.1将此关系代入（1.1）式距离D可表示为D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ) = c/4f (N+ ΔN )=U(N+) 式3.2式中：φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。
相位式激光测距——间接tof法
相位式激光测距——间接tof法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：相位式激光测距是一种常用的测距方法，它通过测量光波的相位差来确定物体与传感器之间的距离。
而间接TOF（Time of Flight）法则是一种常见的相位式激光测距方法之一，其原理是通过测量光波往返传播的时间来计算距离。
本文将详细介绍相位式激光测距及间接TOF法的基本原理、应用领域以及优缺点。
一、相位式激光测距的基本原理相位式激光测距利用了光波的波长特性，通过测量光波的相位差来确定距离。
在相位式激光测距中，激光器向目标发射一束光波，光波经过目标反射后返回传感器，传感器接收到反射光波并测量与发射光波的相位差，通过相位差的变化来计算目标与传感器之间的距离。
相位式激光测距的精度通常很高，可以达到亚毫米级别。
二、间接TOF法的原理及优缺点间接TOF法是相位式激光测距的一种常见方法，其原理是通过测量光波往返传播的时间来计算距离。
具体来说，激光器向目标发射一束光波，光波经过目标反射后返回传感器，传感器测量光波往返的时间并将其除以光速来计算距离。
间接TOF法的优点在于测距精度高、测量速度快、适用于长距离测距等特点，但其缺点是受到光波传播速度波动的影响，可能在复杂环境中出现误差。
相位式激光测距在工业、汽车、航空航天等领域有着广泛的应用。
在工业领域，相位式激光测距可以用于精密加工、质量检测等工作中；在汽车领域，相位式激光测距可以用于自动驾驶、停车辅助等功能；在航空航天领域，相位式激光测距可以用于飞行器导航、高精度测绘等应用。
四、结论相位式激光测距是一种精确、高效的测距方法，间接TOF法作为其中一种方法，在实际应用中具有一定优势和局限性。
相位式激光测距在各个领域都有着重要的应用价值，未来随着技术的不断进步和应用领域的拓展，相位式激光测距将会得到更广泛的应用和发展。
【本文2000字，已完整】第二篇示例：相位式激光测距是一种常用的激光测距方法，通过测量激光光束的相位变化来计算目标物体的距离。
激光测距方法
激光测距方法
激光测距方法主要有以下三种：
1. 脉冲法：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。
光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。
脉冲法测量距离的精度一般是在+/- 10厘米左右。
另外，此类测距仪的测量盲区一般是1米左右。
2. 相位法：是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。
即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，从而求得距离。
3. 三角反射法：激光位移传感器的测量方法称为三角测量法，激光头的镜头内包含一个由透镜组成的光学系统，发射激光后，激光首先打到被测物体上并反射回来，反射回来的激光被CMOS传感器接收;通过计算激光往返的时间得到传感器到被测物体的距离。
基于正交混频技术的相位式激光测距系统研究-黄凯琦-15S001061
Harbin Institute of Technology光电测量技术课程报告题目基于正交混频技术的相位式激光测距系统研究院系自动化测试与控制系学号15S001061姓名黄凯琦摘要激光测距技术以其非接触测量、基准光速溯源等特点，在各种测距技术中脱颖而出，激光测距仪已成为日常生活，工业生产和科学研究中常备的测量仪器。
目前，激光测距仪已有成熟的产品，但是，对测距仪的原理改进从未间断，各大厂家也没有松懈对工业用和手持式的激光测距仪的研究，尤其是既有一定精度又能达到比较大量程的相位式激光测距仪更是研究热点。
本文从目前的相位式激光测距系统成本较高，系统复杂，系统误差难于消除等等缺点出发，经过分析，提出一种新的基于正交混频输出激光调制信号的相位式激光测距仪的系统结构。
通过分析本系统的结构，详细阐述了正交混频式相位激光测距系统优于传统的二次混频激光测距系统的原因。
随后，对采用正交混频技术的相位式激光测距系统的精度和线性度进行了实验，最终实验证明正交混频相位式激光测距系统拥有良好的线性度和平稳的测量精度，验证了该方法的合理性和有效性。
关键词：激光测距；相位式；正交混频；测相方法第1章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义人类在民用和军事领域，需要测量众多的距离量，伴随着测量范围和测量精度的不断提高，新的测量方法和理论也被不断提出，从而推动了测距技术的发展。
测距技术起源于接触式测量，显而易见它的局限性很大，于是非接触测量技术就随着时代应运而生了。
激光测距，是指采用测量激光往返时间来测定距离的方法。
激光较之普通光源，具有发散角较小、相干性好等优点，输出功率虽然有效，功率密度却很高，它的亮度甚至比太阳表面的亮度还要大。
激光测距技术较早应用在军事上，目前，激光测距机已批量装备部队，能快速准确的测定目标距离；在火控系统中，激光测距技术的应用在很大程度上改善了武器的命中率；在激光制导武器领域，大大提高了炮弹、巡航导弹、地空导弹等武器的命中率，如图1-1所示；在民用测量中，激光测距技术具有量程远、非接触、测量快速等优点，使其在房屋丈量、野外勘测等方面渐渐取代了人工测量[1]。
相位式激光测距全相位谱分析鉴相算法
Abstract：In order to reduce the offset of phase discrimination in phase - shift laser range finder, apFFT phase discrimination is studied based on cosine signal. Cosine signal is expressed in exponential form in spectrum transform. Analysis shows that phase discrimination offset is caused by the negative frequency. Spectrum leakage of apFFT is much smaller than that of traditional FFT, so its offset is only 1 ‰ of the latter in simulation. Window influence is also studied based on signal to noise ratio gain .When the normalization frequency offset is between -0.3 and 0.3, apFFT with rectangle window achieves the minimum variance. It can be 1.3 times of Cramer low limit. Experimental results indicate that the measurement offset of apFFT can be ignored. When the signal to noise ratio is 34 dB and measuring speed is up to 1 MHz, the measurement accuracy is 3.3 mrad and 1 mm respectively. ApFFT can be applied to high precision phase - shift laser range finder. Key words：apFFT；phase discrimination；laser range finder；phase - shift 相位式激光测距通过测量相位差测定目标距离，当相位差为 ∆φ 时，目标距离为 d=c ∆φ /(4 π f) ，其中 c 表示光 速， f 表示调制频率。在调制频率一定的情况下，鉴相精确度决定了测距精确度 [1] 。目前，相位式激光测距采用 的数字鉴相算法主要包括时间间隔鉴相法、数字同步解调法、谱分析鉴相法等，其中谱分析鉴相具有测量精确度 高、抗噪声性能强等优点，近年来得到广泛研究和应用 [2 4] 。传统的 FFT 鉴相偏差较大，全相位谱分析以其良好 的测相性能，迅速应用到相位式激光测距中，但文献较多以单指数信号为研究对象，且未对其在激光测距中的鉴 相性能进行详细分析 [5 7] 。本文以单余弦信号为研究对象，分析了全相位谱分析鉴相的原理，并详细分析了其鉴 相偏差、鉴相精确度等性能。全相位谱分析通过前窗和后窗 2 次加窗过程，其频谱泄漏抑制能力增强，因而鉴相 偏差小于 FFT 法。通过添加高斯白噪声研究全相位谱分析鉴相的抗噪声性能，结合相位式激光测距的特点，得 出在归一化频率偏移量较小时的最优窗函数， 并将鉴相方差与克拉美罗下限比较。 在仿真验证推导结论的基础上， 展开了鉴相实验，验证了全相位谱分析鉴相的偏差可忽略不计，可实现高精确度鉴相。
激光相位法测距课件
在信号处理过程中，放大器噪声和ADC量化误差是主要的误差源。放大器噪声是由于电子热运动产生的随机波动，而ADC量化误差是由于有限位数对模拟信号的近似表示造成的。此外，时钟源的误差也会影响信号处理的精度，因为时钟源决定了信号处理的采样率和时间基准。
05
CHAPTER
提高激光相位法测距精度的措施
定期清洁光学元件，确保光路畅通无阻，减少光的散射和反射。
保持光路的清洁
保持光路环境的恒温，避免温度变化对光学元件的影响，确保光路的稳定性。
温度控制
采取有效的减震措施，降低外界振动对光路稳定性的干扰。
振动隔离
根据测距范围和精度要求，选择适当的调制频率，以提高信号的信噪比和抗干扰能力。
调制频率选择
根据调制频率和系统带宽，选择合适的采样频率，确保能够准确捕获信号相位信
感谢您的观看。
远距离测量
由于激光的相干性和干涉效应，激光相位法测距具有较强的抗干扰能力，能够在复杂的环境中进行测量。
抗干扰能力强
激光相位法测距需要稳定的测量环境，以避免外界因素对干涉信号的影响。
需要稳定环境
激光相位法测距在航天领域中广泛应用于卫星轨道测量、地球观测和天文观测等。
航天测量
激光相位法测距在军事领域中用于远程武器定位、导弹精确制导和战场侦察等。
04
CHAPTER
激光相位法测距的误差分析
光路调整误差是由于发射和接收光路的不对准或光学元件的误差所引起的。
总结词
在激光相位法测距中，发射和接收光路必须精确对准，以确保测量结果的准确性。任何光路的不对准都会导致测量误差，因为接收器可能无法正确接收发射器发出的激光信号。此外，光学元件的误差也会影响光路的调整，如透镜和反射镜的制造误差。
激光测距原理
一原理：1 相位测距：通过测定连续的调制激光在待测距离d上往返的相位差Φ来间接测量传播时间t计算得出d=1/2c*t.2 差频测相：为了保证一定的测距精度，激光信号的频率必须选得很高（见第4点），一般为十几MHz～几百MHZ．如果在这样高的频率下直接对发射波和接收波进行相位比较，电路中的寄生参量的影响将产生显著的附加相移，降低测相精度；为此，采用差频法来测相，即通过主振频率与本振频率混频，变成中低频信号，由于差频信号仍保持着原高频信号的相位关系，测量中低频信号的相位就等于测量上振信号经2D距离后的相位延迟．3 测试间：t=Φ/2*pi*f4 精度：波长（测尺长度Ls）/1000测尺长度和测尺频率关系：Vs=C/2Ls5 注意：当d>波长时，又需要精度时要用多把尺子，用较长的测尺粗测，用较短的尺子精测。
6 间接测尺：有时各测尺频率的值相差较大，使得放大器，调制器电路难以做到对各种测尺都具有相同的增益及相位稳定性。
间接测尺是采用一种数值接近的调制频率，间接获得各个测尺的方法二方案要求：侧量范围1—15m,精度1cm测尺长度Ls=15m测尺频率Vs=3*108 /2*15=10MHZ比较：典型激光测距的方法有脉冲法、相位法、干涉法等。
脉冲法：是采用测量激光的传输时间的测量方法，由于激光脉冲的能量相对比较集中，能够传输较远的距离，所以该方法适用于较远距离测距，但是测距精度较低。
相位法：是采用激光调制的方法，通过测量载波调制频率的相位，达到测量距离的目的，避免了测量非常短的时间间隔，可以达到较高的测距精度。
其测距精度主要受激光调制的相位测量精度和相位的调制频率的影响，要达到距离的高精度测量，必须提高系统的激光调制频率和相位测量精度。
干涉法：测量精度高，适用于微小位移的测量(一般小于1 m)，对测量环境要求非常苛刻，适用于高精度的实验室的实验定标等应用。
激光测距技术原理
激光测距技术原理：一、概述：1960年一种神奇的光诞生了，它就是激光。
激光的英文名称是Laser，取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。
意思是“受激辐射的光放大”。
由于激光在亮度、方向性、单色性以及相干性等方面都有不俗的特点，它一出现就吸引了众多科学工作者的目光，并被迅速地被应用在工业生产方面、国防军工方面、房地产业、各级科研机构、工程、防盗安全等各个行业各个领域：激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。
有关于激光的研究与生产制造也如火如荼地开展了起来。
激光与普通光源所发出的光相比，有显著的区别，形成差别的主要原因在于激光是利用受激辐射原理和激光腔滤波效应。
而这些本质性的成因使激光具有一些独特的特点：1.激光的亮度高。
固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr这是因为激光虽然功率有限，但是由于光束极小，于是具有极高的功率密度，所以激光的亮度一般都大于我们所见所有光（包括可见光中的强者：太阳光），这也是激光可用于星际测量的根本原因所在；2.激光的单色性好。
这是因为激光的光谱频率组成单一。
3.激光的方向性好。
激光具有非常小的光束发散角，经过长距离的飞行以后仍然能够保持直线传输；4.激光的相干性好。
我们通常所见到的可见光是非相干光，激光可以做到他们都做不到的事情，比如说切割钢材。
在测距领域，激光的作用更是不容忽视，可以这样说，激光测距是激光应用最早的领域（1960年产生，1962年即被应用于地球与月球间距离的测量）。
测量的精确度和分辨率高、抗干扰能力强，体积小同时重量轻的激光测距仪受到了大多数有测距需求的企业、机构或个人的青睐，其市场需求空间大，应用领域广行业需求多，并且起着日益重要的作用。
相位式激光测距仪
相位式激光测距仪1、相位式激光测距技术相位式激光测距仪，是利用固定频率的高频正弦信号，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在待测距离上往返传播所产生的相位延迟，间接地测定信号传播时间，从而得到被测距离的。
这种方法测量精度高，通常在毫米量级。
1.1基本原理相位式激光测距的基本原理框图如图1.1所示。
图1.1 相位法激光测距基本原理图它由激光发射系统、角反射器、接收系统、综合频率系统、混频鉴相系统和计数显示系统等组成。
角反射器是一种三个反射面之间互成90 °的光学棱镜，90 角要求有误差小于±2 '' 的加工精度；它可以把射来的光线按原方向反射回去，即一个入射光射入后，不论入射角如何，经角反射器棱镜反射后的光线与入射光线平行。
相位法激光测距技术就是利用发射的调制光和被目标反射的接收光之间光波的相位差所包含的距离信息来实现对被测目标距离量的测量。
由于采用调制和差频测相技术，具有测量精度高的优点，广泛应用于有合作目标的精密测距场合。
基本原理如下：图1.2 相位式激光测距调制波形图设调制频率为 f ，幅度调制波形如图 1.2 所示，波长为λ=c/f式中c是光速，λ是调制波形的波长。
由图可知，光波从 A 点传到 B 点的相移φ 可表示为φ= 2 mπ +∆φ = ( m +∆m )2π式中，m 是零或正整数，∆m 是个小数，∆m=∆φ/2π。
A,B 两点之间的距离L 为L=ct=cφ/(2πf)式中，t 表示光由 A点传到B 点所需时间。
由于用一台测距仪直接测量 A 和B 两点光波传播的相移是非常困难的，因此采用在B 点设置一个反射器(即所谓合作目标)，使从测距仪发出的光波经反射器反射再返回测距仪，然后由测距仪的测相系统对光波往返一次的相位变化进行测量。
图1.3 示意地表示光波在距离L 上往返一次后的相位变化。
相位式激光测距原理及其技术实现
相位式激光测距技术实现（1）
一、激光调制的实现
由于采用多尺度测量，而且是运用间接测尺频 率方式和差频测相技术，这就要求系统必须有一套 高性能的频率发生装置，实现多种频率的高速切换。 而且为保证测量精度，要求频率发生器的精度很高。 传统的压控振荡器不仅频率稳定速度慢，而且频率 精度不高，不能胜任激光调制的任务。目前在电子 工程领域得到广泛应用的DDS(直接数字频率合成) 技术，非常适合作为这里对激光进行调制的频率源。
相位式激光测距技术实现（2）
DDS的原理框图
目前许多芯片公司都已生产了性能可观的DDS芯片， 如Standford公司的STEL2375，其最高工作频率可达 1GHz，输出信号带宽为400MHz，频率分辨力为mHz级。 可见，这些性能指标完全可以满足激光调制的需要。
相位式激光测距技术实现（3）
二、相位差测量的实现
相位式激光测距原理分析（4）
三、间接测尺原理（1）
上述的直接测尺频率方式在实际应用中会遇到频带过宽，测
相精度难以实现的问题。例如：要求测程100km，精度0.01m，
测相精度为1／1000，则对应的直接测尺长度为10150kHz，15MHz，频带宽近15MHz。
相位式激光测距原理分析（6）
四、相位差测量原理 （1）
主控振荡器信号 es1 =Acos(ωs t+ φs) 本地振荡器信号 el =Acos(ωl t+ φl) 接受到的信号 es2 =Acos(ωs t+ φs +Δφ)
相位式激光测距原理分析（7）
四、相位差测量原理（2）
混频后输出：
参考信号 er =Dcos[(ωs –ωl)t+(φs- φl)] 测距信号 es =Dcos[(ωs –ωl)t+(φs- φl)+ Δφ] 取ωs –ωl在几kHz到几十kHz，这样包含相位差信息的正弦信
激光测距 相位
相位式激光测距是一种常见的激光测距方式，它采用连续调制的光束。
当这种光束遇到被测物体并反射回来时，通过对比接收到的光束中产生的相位变化，可以换算出测量距离。
这种方式的优点在于，由于是对发射光波的光强进行调制，并通过测量相位差来间接测量时间，所以其处理难度相对于直接测量往返时间的方式降低了许多。
相位式激光测距通常适应于中短距离的测量，其测量精度可以达到毫米、微米级，也是目前测距精度最高的一种方式。
具体的测量公式为：L = ϕ⋅c ⋅T / (2π)，其中L为测量距离，c为光在空气中的传播速度，T为调制信号的周期时间，ϕ为发射与接收波形的相位差。
相位法激光测距原理及算法详解
激光相位法测距的原理激光相位测距中，把连续的激光进行幅度调制，调制光的光强随时间做周期性变化，测定调制光往返过程中所经过的相位变化即可求出时间和距离。
图.1 相位式激光测距原理示意图如图1所示，设发射处与反射处（提升容器）的距离为x ，激光的速度为c ，激光往返它们之间的时间为t ，则有：cxt 2设调制波频率为f ，从发射到接收间的相位差为 ，则有：N cfxft 242 (2) 其中，N 为完整周期波的个数， 为不足周期波的余相位。
因此可解出：)(2)22(24N N fcN f c f c x(3) 其中，f c L s 2 称为测尺或刻度，N 即是整尺数， 2 N 为余尺。
根据测得的相位移的大小，可知道N 余尺的大小。
而整尺数N 必须通过选择多个合适的测尺频率才能确定，测尺频率的选择是提升容器精确定位的关键因素之一。
多尺测量方法测量正弦信号相移的方法都无法确定相位的整周期数，即不能确定出相位变化中 2的整倍数N ，而只能测量不足 2的相位尾数 ，因此公式（2.3）中的N 值无法确定，使该式产生多个解，距离D 就不能确定。
解决此缺陷的办法是选用一个较低的测尺频率s f ，使其测尺长度s L 稍大于该被测距离，这种状况下不会出现距离的多值解。
但是由于测相系统的测相误差，会导致测距误差，并且选用的s L 越大则测距误差越大。
因此为了得到较高的测距精度而使用较短的测尺长度，即较大的测尺频率s f ，系统的单值测定距离就相应变小。
为了解决长测程和高精度之间的矛盾，一般使用的解决办法是：当待测距离D 大于基本测尺sb L （精测测尺）时，可再使用一个或几个辅助测尺sl L （又叫粗测测尺），然后将各个测尺测得的距离值组合起来得到单一的和精确的距离信息。
由此可见，用一组测尺共同对距离D 进行测量就可以解决距离的多值解，即用短尺保证精度，用长尺保证量程。
这样就解决高精度和长测程的矛盾[4]。
本系统选用10米作为精尺，1000米作为粗尺，带入公式即可求得精尺频率和粗尺频率：精尺频率 MHz L cf 152510（4） 粗尺频率 kHz L cf 150210001000 （5） 其中，光速s m c /1038 。
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中 图分 类 号 ： ＴＮ ２ ４ ７ ； ＴＰ ３ ９ ４ ． １
文献 标 识 码 ： Ａ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ Ｏ Ｐ Ｅ ． ２ ０ １ ７ ２ ５ ０ ８ ． １ ９ ７ ９
第 ２ ５卷
第 ８ 期
光 学 精 密 工 程
Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎｄ Ｐｒ ｅｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
Ｖ０ １ ． ２ ５ Ｎｏ ． ８
Ａ ｕｇ ．２ ０１ ７
２ ０ １ ７ 年 ８月
文章编号
１ ０ ０ ４ — ９ ２ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ８ — １ ９ ７ ９ ～ ０ ８
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｎ ｏｖ ｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｒ ａ ｎｇｅ ｆ ｉ ｎｄ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ａ ｄ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｌ ｅ ａ ｓ ｔ ｓ ｑｕ ａ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｉ ｎｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏｖ ｅ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｃ ｙ ａ ｎｄ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｐｏ ｒ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｐ ｈａ ｓ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｒ ａ ｎ ｇｅ ｆ ｉ ｎ ｄ— ｅ ｒ ｓ ． Ａ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏｒ ｗａ ｓ ｅ ｍｐ ｌ ｏｙ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｉ ｎ ｎｅ ｒ ａ ｎｄ ｏｕ ｔ ｅ ｒ ｏｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｔ ｈｓ ． Ａｆ ｔ ｅ ｒ ａ ｍｐｌ ｉ ｔ ｕ ｄｅ ｍｏｄ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ
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正 交 调 制 降 频 相 位 式 激 光 测 距
许贤泽， 翁名杰， 徐逢秋 ， 白 翔
（ 武汉大学 电子信息学院， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ２ ）
摘要 ： 为了提高激光测距的精度与稳定性 ， 通 过 改 良传 统 相 位 激 光 测 距 仪 ， 设 计 了 新 型 正 交 调 制 降 频 与 最 小 二 乘 法 解 相 位 的相 位 式 激 光 测 距 仪 。使 用 反 射 镜 实 现 内外 测 距 光 路 ， 通过正交调制技术对发射激光进行幅度调制 ， 接 收 模 块 接 收 到 的 回波 信 号 经 过 混 频 器 后 再 经 过 低 通 滤 波 器 将 回波 信 号 降 频 ， 降低 解 相 难 度 并 提 升 解 相 精 度 。改 用 分 时测 量 得 到 距 离 相 位 从 而 消 除 二 次 混 频 方 法 所 产 生 的 附加 相 移 ， 分 别 对 内 外 光 路 低 频 回 波 信 号采 样 进 行 模 数 转 换 后 使 用 最 小 二 乘 法 求 解 相 位 。采 用 多 频 率 调 制 测 量 兼 顾 激 光 测 距 范 围与 测 量 精 度 ， 最后通过超定方程解模糊算法求解多频测距 的待测距 离 。 在 国家 标 准 基 线 上 进 行 样 机 测 试 ， 实验结果表明 ， 在６ ０ ｍ 量 程 内正 交 调 制 激 光 测 距 仪 的 测 量 平 均 误 差 控 制 在 １ ． ５ ｍｍ 以内， 测 距 量 程 内标 准 差保 持在 ０ ． ９ ｒ ｎ ｍ 以内。
Ｐｈ ａ ｓ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｑ ｕ ａ ｄｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍｏ ｄｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｆ ｒ ｅ ｑｕ ｅ ｎｃ ｙ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
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