相位法激光测距接收系统
基于相位法的激光测距系统设计与仿真
基于相位法的激光测距系统设计与仿真
激光测距作为一种测量技术,与其它测量手段相比,因其具有非接触式、测量速度快、测量精度高、测量距离远、抗干扰能力强等独特优势而被广泛应用于多种领域。
在智能交通领域中,如汽车防撞系统、无人驾驶汽车等,都是通过车辆上安装的激光测距传感器实现道路安全识别的功能,激光测距技术的应用对于道路交通安全起到了重大作用。
针对国内激光测距中测量精度不高,设计复杂等问题,本论文从多种角度分析了影响激光测距系统精度的因素,以提高系统测量精度、简化系统电路结构、降低系统设计成本为目标,设计了一种基于相位法的激光测距系统。
在相位法测距原理和差频测相原理的理论基础支撑上,搭建了基于相位法的激光测距系统。
在时钟生成模块,设计了基于CPLD控制的LMK04000时钟生成电路,在分析了时钟相位噪声对测量系统误差影响以及时钟信号中谐波对系统测量的影响,提出了简化时钟电路的设计方案。
通过分析光电二极管放大电路的噪声以及系统的最远可探测距离影响因素,对光电二极管放大电路进行了优化设计,降低了电路输
出总噪声;改进了激光调制驱动电路,提高了驱动电路的驱动功率。
设计了差频输出模块电路,将高频信号频率降至低频信号,降低了对于AD芯片的采样频率要求。
在完成系统电路设计的基础上,对系统各模块电路进行了仿真,通过仿真结果可
以看出各个模块电路能够实现其相应功能,验证了系统的可行性。
本论文设计的基于相位法的激光测距系统基本可以达到预期的设计要求。
用于相位法激光测距的电路系统设计
用于相位法激光测距的电路系统设计激光测距是一种常用的非接触式测量技术，可以精确测量目标物体与测距仪的距离。
相位法激光测距是其中一种常见的方法，通过测量激光光波的相位差来计算距离。
下面将介绍一个基于相位法激光测距原理的电路系统设计。
1. 激光发射电路：设计一个激光二极管的驱动电路，可以通过电流控制二极管的发射光强。
使用一个恒流源以确保驱动电流的稳定性。
此外，还需要添加一个调节电路，可以根据需要调整激光发射的光功率。
2. 光电检测电路：将光电二极管作为光电检测元件接在测距仪上，用于接收激光反射光信号。
光电二极管产生的电流与光的强度成正比。
使用一个高增益的放大器将光电二极管产生的微弱电流信号放大。
3. 相位差测量电路：使用一个相位差测量电路来测量激光光波发射和接收之间的相位差。
该电路可以采用锁相放大器或频率调制技术。
在锁相放大器中，将激光发射的信号作为参考信号，将光电二极管接收到的信号作为待测信号输入。
锁相放大器可以精确测量相位差，并输出一个稳定的直流电压信号。
4. 距离计算电路：将锁相放大器输出的直流电压信号输入到距离计算电路中，根据相位差和激光波长的关系，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
该电路可以通过编程芯片或者专门的测距芯片来实现距离计算。
以上是一个基于相位法激光测距原理的电路系统设计。
通过精心选择和设计各个电路模块，可以实现高精度和稳定的激光测距功能。
需要注意的是，在实际设计中还需考虑电路的抗干扰能力、功率稳定性和其他实际应用需要的因素。
在激光测距中，相位法是一种常用的方法，能够提供高精度和高稳定性的测距结果。
相位法激光测距的原理是通过测量激光发射和接收之间的光波相位差来计算目标物体与测距仪之间的距离。
在设计电路系统时，需要考虑到激光发射电路、光电检测电路、相位差测量电路和距离计算电路等各个环节。
首先，激光发射电路是相位法激光测距系统中的重要组成部分。
它负责驱动激光二极管发射具有稳定光强的激光光束。
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。
相位式激光测距仪激光接收部分设计
相位式激光测距仪激光接收部分设计激光测距仪是一种测量目标物体距离的工具，其原理是利用激光束在空气中传播的特性，通过测量激光束的往返时间来计算出目标物体与测距仪的距离。
激光接收部分是激光测距仪的核心组成部分之一，其设计的好坏直接影响到测量结果的准确性和稳定性。
在设计激光接收部分时，需要考虑以下几个关键因素：1.激光接收器的选择：激光接收器是接收激光信号的关键部件，其性能直接影响到激光测距仪的灵敏度和测距范围。
常见的激光接收器有光电二极管（PD）和光电效应晶体管（APD）。
PD具有较高的响应速度和较低的噪声，适用于近距离测距场景；APD具有较高的增益和较低的噪声，适用于远距离测距场景。
2.光学系统的设计：光学系统包括透镜、滤波器等光学元件，其作用是将入射的激光束聚焦到激光接收器上。
在设计光学系统时需要考虑激光束的聚焦效果、散斑噪声等因素，以提高测距仪的测量精度和信噪比。
3.信号放大和滤波电路的设计：激光接收器输出的信号很弱，需要经过放大和滤波才能得到可信的测距信号。
放大电路可以采用运算放大器等电路实现，滤波电路可以采用RC滤波器或数字滤波器等实现。
通过合理设计放大和滤波电路，可以提高信号的噪声抑制和动态范围。
4.时间测量电路的设计：激光测距仪是通过测量激光束的往返时间来计算距离的，因此需要设计一个高精度的时间测量电路。
常用的时间测量电路有计数器、时钟等，可以通过采样和比较测量激光脉冲信号的上升沿和下降沿来计算出往返时间。
在设计激光接收部分时，还需考虑以下一些技术细节：5.温度补偿：激光测距仪的测量精度受到温度的影响，尤其是光学元件和电子元件的温度变化。
因此，需要设计温度补偿电路，通过测量环境温度并补偿光学和电子元件的参考值，提高测量精度。
6.光路对齐：激光测距仪的激光发射和接收部分需要在一条直线上对准，才能确保测量结果的准确性。
因此，需要设计一个精密的光路对齐机构，确保激光束的传输方向稳定。
7.防干扰设计：激光测距仪易受到外界光源干扰，导致测量结果偏差。
相位式激光测距系统研究
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一
研筮 ． 盥一
年 且位 式 激 光 测 距 学院
矿 山、港 口、建筑 、汽车等领域 。由于其精度 高、快捷轻便、操作简单 ，在 目前测距市场上十分受人青睐。
【 关键 词 】 相 位 式激 光 测 距 仪 ； 系 统 ；研 究
制 技 术 、光 学 技 术 、 光 电检 测 技 术 、 信 号 处 理 技 术 以及 单 片 机 技 术 于 一 体 的 高 精 度 测 量 仪 器 ，广 泛 应 用 于 工 业 测 控 、
激 光 又 是 一种 电磁 波 ， 也 就 是 变 化 着 的 电磁 场 。 ３ ． 相 位 式激 光 测距 的设 计 与 原理 ３ ． １ 整体 设 计 方 案 系 统 的整 体 方 案设 计 如 图２ ． １ 所示。
矿 山 、港 口 、建 筑 、 汽 车 等 领 域 。 由于 其 精 度 高 、 快 捷 轻 便 、 操 作 简 单 ，在 目
图２ １相 位 式 激 光 测 距 接 收 系统 整 体 设 计 方 粟
以 ，如 果 被 测 距 离 大 于Ｌ 时 ， 此 方 法 是 无 法 测 出 距 离 的 。但 当被 测 距 离 小 于 Ｌ 时 ，即ｍ ＝ Ｏ 时 ，可 以测 出被 测 距 离 Ｌ 为：
图２ ３光波在距离Ｌ 上 往 返 一 次 的相 位 变 化
但 是 ，相 位 测 量 技 术 不 能 测 量 出 光 波 相 移 中 ２ １ ｒ 的 整 数 倍 ， 而 只 能 测 出 光 波 相 移 中 不 足 ２ ７ ｒ 的尾 数 △ ， 也 就 是
说 只能够 确 定不 足 １ 的 小 数 ＝ 。所
△● 一
相位法激光测距
相位法激光测距
相位法激光测距是一种通过测量激光信号的相位差来确定目标物体距离的技术。
该技术利用了激光信号在发射和反射之间的时间差以及相位差的变化来计算距离。
相位法激光测距具有精度高、测量范围广、快速、可靠等优点，因此在工业、建筑、地质勘探等领域得到广泛应用。
同时，相位法激光测距也存在着一些局限性，如对目标表面的反射率要求较高、对大气的影响较大等。
随着激光技术的不断发展，相位法激光测距技术还将不断得到改进和完善。
- 1 -。
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 。
高频相位激光测距系统的高精度鉴相
第 31 卷第 15 期2023 年 8 月Vol.31 No.15Aug. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering高频相位激光测距系统的高精度鉴相孟语璇1，2，董登峰1，2*，周维虎1，2，纪荣祎1，2，朱志忠1，2（1.中国科学院微电子研究所，北京 100029；2.中国科学院大学，北京 101408）摘要：相位测距是一种非常重要的绝对测距手段，是大尺寸精密测量的重要保障。
提高激光调制频率并采用高性能器件实现高频采样分析是提升相位激光测距精度最有效的方式之一。
针对高性能器件的最大采样频率总是受限，难以满足高调制频率采样的难题，分析验证了欠采样方法用于相位测距的可行性，同时仿真分析了全相位傅里叶频谱分析法（all-phase Fast Fourier Transform，apFFT）提高鉴相精度的优势。
在此基础上，提出“欠采样+ apFFT”的方法，并构建了激光相位测距的鉴相系统。
当调制频率为201 MHz，欠采样频率为100 MHz时，系统鉴相精度高于±0.04°，对应的测距精度为±0.08 mm。
实验结果表明，基于“欠采样+apFFT”的相位测距方法具有高精度、抗干扰能力强等优势，在科学研究与工程应用中具有重要价值。
关键词：相位测距；欠采样；全相位频谱分析法；高精度；鉴相系统中图分类号：TN249；TH711 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233115.2193High-precision phase discrimination for high-frequency phaselaser ranging systemMENG Yuxuan1，2，DONG Dengfeng1，2*，ZHOU Weihu1，2，JI Rongyi1，2，ZHU Zhizhong1，2（1.Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029， China；2.University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 101408， China）* Corresponding author， E-mail： dongdengfeng@Abstract：Phase laser ranging is an important means of absolute ranging and an important guarantee for large-scale precision measurement. One of the most effective ways to improve the precision of phase laser ranging is to increase the laser modulation frequency and use high-performance devices to achieve high-fre⁃quency sampling analysis. However， the maximum sampling frequency of high-performance devices is lim⁃ited. To solve the problem that existing devices have difficulty in the sampling of high modulation frequen⁃cies， the feasibility of an undersampling method for phase ranging was analyzed and verified. The advan⁃tages of all-phase fast Fourier transform （apFFT） analysis was examined to improve the precision of phase laser detection. Based on this idea， the method of undersampling and apFFT was developed， and a phase detection system for laser phase ranging was constructed. When the modulation frequency is 201 MHz and the undersampling frequency is 100 MHz，the system phase discrimination accuracy is higher than 文章编号1004-924X（2023）15-2193-10收稿日期：2023-02-13；修订日期：2023-03-13.基金项目：国家重点研发计划资助项目（No.2020YFB1710500，No.2019YFB2006100）；国家高质量发展专项（No.TC220H05T）第 31 卷光学精密工程±0.04°， and the corresponding ranging accuracy is approximately ±0.08 mm. The experimental results show that the phase ranging method based on undersampling and apFFT has the comprehensive advantag⁃es of high accuracy and strong anti-interference ability， making it valuable for scientific research and engi⁃neering applications.Key words： phase ranging；under-sampling；all-phase fast fourier transform；high precision；phase dis⁃crimination system1 引言相位式激光测距技术具有响应快、量程大、抗干扰能力强、精度高等优点，被广泛应用于航空、航天、船舶和机器人等大型装备制造领域［1-6］。
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。
激光测距仪——坦克上的神丈尺
激光测距仪——坦克上的神丈尺作者：季伏枥来源：《坦克装甲车辆》 2016年第7期季伏枥坦克射击前为什么要测目标距离？熟悉坦克炮射击的朋友都知道，在坦克射击之前，首先要测量出坦克至目标的距离。
这是为什么呢？原来，炮弹或子弹在出膛之后，就基本上做惯性运动了，炮弹所受到的力主要是地球引力和空气阻力。
如果空气阻力忽略不计的话，在地球引力的作用下，炮弹弹丸飞行的轨迹是一个抛物线。
只要弹丸的飞行速度小于7.9千米/秒，弹丸终归要落回到地球表面。
炮弹打出去后，既有速度降，也有高度降，而随着射击距离的增加，速度降和高度降也越厉害。
研究炮弹射击中运动规律的学科叫做外弹道学，一门新炮或一种新的炮弹研制成功后，首先要在靶场打上几百发炮弹并经过理论计算制成射表，供以后实战射击时使用。
而坦克炮弹一般打的是“点目标”，即坦克只有直接命中敌坦克，才能起到杀伤破坏作用。
随着坦克交战距离的增加，坦克炮弹飞行轨迹的高度降也越来越大。
要知道，坦克正面的投影高度(从炮塔顶至车底底甲板)只有1.5米的样子，如瞄准坦克的中央，那么，考虑到瞄准的误差，只要高度上偏差0.5米，就足以使弹丸“脱靶”。
而当代坦克炮的交战距离一般为2?000～3?000米，每1?000米的高度降可达0.3米以上，目标距离测量不准，射击弹着点就会差之毫厘，失之靶外。
这就是坦克炮射击时十分重视测准目标距离的原因。
在二战时期，坦克上用的是光学测距仪，坦克交战距离一般只有500～1?000米，多采用交叉法射击，即一发近弹，一发远弹，第三发才命中。
显然，到了今天，再这样打仗就不灵了，不仅浪费炮弹，更重要的是贻误战机，你不能先把敌人干掉，敌人就要消灭你。
所以说，准确测量出坦克至目标的距离，是坦克炮射击的前提。
而要准确测量出坦克至目标的距离，就离不开坦克测距仪。
坦克测距仪的昨天和今天坦克测距仪，是坦克上用来测定目标距离的光电仪器，是坦克火控系统的组成部分。
早期的坦克上没有测距仪，坦克乘员靠目测估计一下目标的距离，进行射击也就可以了。
激光测距系统的设计
编号： 20150107017本科毕业论文（设计）激光测距系统的设计Design of laser ranging system姓名张亚星学院信息工程学院专业测控技术与仪器班级2011级测控1班学号**********指导教师郝允慧讲师2015 年 6 月 2 日激光测距系统的设计【摘要】激光测距是对激光技术、计算机技术等多门技术的综合运用，因此集多种技术的优点于一身，比光学测距技术更精密。
随着激光技术的日益成熟，激光测距的精度越来越高，应用得到不断推广，逐步扩展到国民生活的各个方面，在军事上也得到广泛的应用。
本文介绍了激光测距的三种方法，重点阐述了相位式激光测距的原理，着重介绍了相位式激光测距系统的电路组成，包括回波接收电路、数据采集及显示电路、激光发射电路等。
在此测距系统中采用了自动数字测相的方法，从而有效的提高了测相的精度。
每个系统都会或多或少产生误差，为了减小系统误差，对系统误差进行分析，并提出最佳解决方案，再次检测系统误差最终被控制在允许范围内。
【关键词】激光测距相位测量自动数字测相Design of laser ranging system[Abstract]The laser ranging is a technology for precision measurement, it is developing along with the development of the laser technology, which is extensively used in the military field and the civil field because of the good accuracy. Laser has a strong directional, high brightness, good monochromaticity, suitable as a light source of photoelectric distance measurement The laser ranging is comprehensive application of various technologies, for example the optics, laser technology, precise machinery, electronics, calculate technology and photoelectron etc. Along with the development of laser technology, digital and electronic technology, and integrated circuit, the laser ranging is developing to digitalize, automation and small-sized portable direction.This paper introduced a few methods of laser ranging. For example, phase laser range finding, the laser triangle measure pulse laser measures, etc. This design introduced the theory of phase laser range finding and expatiated the circuit forms of phase type laser range finding system. The system included the emitting circuit of the laser, receiving circuit, data acquisition circuit and shows electric circuit etc. This range finding system has adopted a method of the auto numeral phase-detection, and then improves the precision for measurement.Finally, the system generated is theoretically analyzed, and specific solutions are introduced. The deficiencies of the system are analyzed and the work to be carried out after that is given.[Keywords]laser range phase measurement the auto numeral phase-detection目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1 课题背景 (2)1.2 激光测距技术的优点 (2)1.3 激光测距技术的发展 (2)1.4 本课题研究的主要内容 (4)第2章激光测距的原理 (5)2.1 激光测距原理的介绍 (5)2.2 激光测距方法综述 (5)第3章相位式激光测距系统的设计 (8)3.1 设计方案的拟定 (8)3.2 基本公式及频率选择 (9)3.3 发射系统设计 (10)3.4 接收系统设计 (14)第4章数据处理与误差分析 (24)4.1 数据采集与显示电路设计 (24)4.2 程序实现 (29)4.3 误差分析 (30)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (34)附录Ⅰ：英文原文 (37)附录Ⅱ：译文 (44)附录Ⅲ：电路图 (49)引言光波早在人类以前就已经存在，自从有了人类以后，光波最早不被发现，直到人类技术逐步先进，光波才被利用。
激光测距仪原理
激光测距仪原理激光测距仪，是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。
激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时刻，计算出从观测者到目标的距离。
激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。
一．激光测距仪大体原理激光测距仪一样采纳两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。
脉冲法测距的进程是如此的：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来回的时刻。
光速和来回时刻的乘积的一半，确实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是一样是在+/- 1米左右。
另外，此类测距仪的测量盲区一样是15米左右。
激光测距是光波测距中的一种测距方式，若是光以速度c在空气中传播在A、B两点间来回一次所需时刻为t，那么A、B两点间距离D可用以下表示。
D=ct/2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——光来回A、B一次所需的时刻。
由上式可知，要测量A、B距离事实上是要测量光传播的时刻t，依照测量时刻方式的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。
相位式激光测距仪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来回测线一次所产生的相位延迟，再依照调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。
即用间接方式测定出光经来回测线所需的时刻，如下图。
相位式激光测距仪一样应用在周密测距中。
由于其精度高，一样为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。
假设调制光角频率为ω，在待测量距离D上来回一次产生的相位延迟为φ，那么对应时刻t 可表示为：t=φ/ω将此关系代入（3-6）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+)式中：φ——信号来回测线一次产生的总的相位延迟。
激光测距仪三轴一致性的检验与调校
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第22期·87·文章编号：2095－6835（2020）22－0087－02激光测距仪三轴一致性的检验与调校＊何浩鹏（中国地震局地震研究所（中国地震局地震大地测量重点实验室），湖北武汉430071；武汉地震计量检定与测量工程研究院有限公司，湖北武汉430071）摘要：激光测距仪具有测量精度高、抗干扰能力强等特点，被广泛应用于各种测量行业及军工领域，其三轴一致性（照准轴、发射轴、接收轴的平行性）是测距性能的保障。
基于激光测距原理，根据测距仪是否带角度测量功能，介绍了两种三轴一致性的检验方法，并提出可利用光斑校正法与角度校正法对三轴进行调校，两种检校方法简单、实用，且精度满足相应规程要求。
关键词：激光测距仪；三轴一致性；检验；校正中图分类号：P204文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.22.036激光测距仪具有测量精度高、抗干扰能力强、准直性好等诸多特点，被广泛应用于各种测量行业及军工领域。
激光测距仪三轴一致性（照准轴、发射轴、接收轴的平行性）的变化直接影响测距仪的分辨率与准测率等测距性能参数[1]，但测距仪在运输与使用过程中，经历振动、碰撞、高低温等变化后，其三轴之间常常会发生偏移，使发光管发出的光不能被接收管收到，或是测距轴与照准轴不一致，光信号无法变成电信号[2]等问题。
激光测距仪测距三轴一致性是其测距性能的保障，一致性不好的测距仪，对于较远测距目标的准确率一般不高[3]。
因此，三轴一致性的检验与调校对于客观准确地评估激光测距仪性能具有非要重要的意义。
目前，传统的检验与校准方法操作简单，但其结果不够准确。
文献[4]利用离轴抛物面牛顿反射式平行光管设计技术、高精度位移测控技术、红外激光上转换技术等，进行红外脉冲激光测距仪发射与接收光轴一致性测量，需要的设备高端，技术要求高，操作复杂；文献[5]介绍了根据实测的等相位误差曲线精确校准测距仪三轴的平行性方法，测定等相位误差曲线比较复杂、烦琐，不易被测量人员掌握。
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。
测量范围可调的高精度激光相位测距系统研究
测量范围可调的高精度激光相位测距系统研究摘要:提出了距离范围可调的高精度激光相位测距系统的研究方法。
系统采用脉冲测距方法预测距离范围,定位目标后,运用多个辅助频率激光相位测距技术进行精确测距。
系统内外接收电路独立分开,并采用了自动数字测相技术,达到了高精度,测量范围可调的实际要求。
关键词:激光技术相位测距测量范围可调高精度1 引言激光测距技术分为脉冲激光测距技术和相位激光测距技术两大类。
脉冲激光测距是通过对发射信号和接收信号的时间间隔的测量来进行测距的,由于激光的传播速度极快,且高频的脉冲产生电路和计时电路的技术存在瓶颈,使得很小的时间延迟就会造成较大的距离误差,测距分辨率只能达到厘米级,适合于远距离测量。
相位激光测距采用连续波对激光进行调制,通过对调制波在被测目标传播时相位变化的计算间接测量时间间隔,测距精度可以达到毫米级,单频率工作模式下,测量范围有限,适合于近距离测量。
本文在详细分析两种测距技术的基础上,结合两种测距技术的特点,设计了测量范围可调的高精度激光相位测距系统,系统的原理图如图1所示。
通过图1可以看出:激光相位测距系统的测量精度所受到的影响因数很多[4]:激光器的稳定性;激光信号在传播的过程中所受到的噪声起伏不定;光电信号的转换速率;信号在器件中的传递延时;器件的反应延时等。
目前,对于激光测距技术的研究方向性明确,大多是基于特定的测距方法,从提高测量精度的角度出发,然而,上述两种测距技术都有其局限性,适用场合也不相同,综合分析了两种测距技术,设计了测量范围可调的的高精度激光相位测距系统。
2 系统分析2.1 系统的工作原理激光测量技术已经成为了中长远距离测量领域的主要技术之一,测量范围可调的高精度激光相位测距系统结合了脉冲测距和相位测距的特点,其工作原理为:单片机控制系统发出指令启动脉冲激光器驱动电路,脉冲激光器向着目标发射激光,一部分激光经分光装置进入内接收电路,经PIN光电转换后,作为脉冲测距电路的开始信号,另一部分激光经目标反射后进入外接收电路,经APD光电转换后,作为脉冲测距电路的停止信号,进而完成了系统预测距离工作;距离信息生成后传递至控制系统,控制系统瞬时转换内外接收电路开关至检相双稳态触发器,并关闭脉冲激光器,同时依据距离范围启动多频率选择模块(本系统为3频段选频),控制系统再发出指令启动连续激光器驱动电路,此时,系统进入高精度激光相位测距阶段,进而完成了目标距离的高精度测量。
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文章编号 １ ） ０ ０ ４ ９ ２ ４ Ｘ（ ２ ０ ０ ９ １ ０ ２ ３ ７ ７ ０ ８
相位法激光测距接收系统
贾方秀 ， 丁振良 ， 袁 锋
（ 哈尔滨工业大学 自动化测试与控制系 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １）
摘要 ： 为了提高相位法激光测距的速度和精度 ， 提出了一种新 的 相 位 差 放 大 测 量 方 法 ， 在不增加测量时间的同时将测相 ／ 并结合欠采样技术避免了混频器和其 他 多 余 器 件 的 使 用 ， 减 小 了 串 扰 对 系 统 的 影 响。考 虑 高 频 弱 光 精度提高 １ 犖 倍， 提出灵活控制加在雪崩光电二极管上的反向偏压来减小 信号入射到雪崩光电二极管上会在输出信号上产生相位延 迟 ， 相位延迟的方法 ， 对于调制频率为 １ ， 波长为 ６ 当入射光强度为 ０． 可将相位延迟从 １． ８． ５ ＭＨ ｚ ５ ０ｎ ｍ 的激光 ， ５μＷ 时 ， ４ ° 压缩到 ０． 之内 。 建立了信号串扰产生测相误差的数学模型 ， 并通过实验给出了采取不同屏蔽措施时串扰对测 相 误 差 ０ ３ ° 采用上述方法 ， 当调制频率为 １ 测相精度为 ０． ， 相应的测距精度可达０． 的影响 。 实验结果表明 ， ８． ５ ＭＨ ｚ时 ， ０ １ ４ ° ３ｍｍ。 关 键 词： 激光测距 ； 接收系统 ； 串扰 ； 欠采样 ； 相位测量 中图分类号 ： ＴＮ ２ ４ ７； Ｔ Ｂ ９ ２ １ 文献标识码 ： Ａ
修订日期 ： ２ ０ ０ ８ ０ ９ ０ ８； ２ ０ ０ ８ １ ２ １ ２． 收稿日期 ： 国家自然科学基金资助项目 （ ） Ｎ ｏ ． ５ ０ ２ ７ ５ ０ 第１ ７卷
ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ１ ８． ５ ＭＨ ｚ ． ： ； ； 犓 犲 狅 狉 犱 狊 ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｒ ａ ｎ ｅ ｆ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒｓ ｓ ｔ ｅ ｍ； ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ ｔ ａ ｌ ｋ； ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ａ ｍ ｌ ｉ ｎ ｈ ａ ｓ ｅ ｓ ｈ ｉ ｆ ｔｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｇ ｙ ｐ ｇ ｐ 狔狑 变化以及发射通道和接收通道之间的信号串扰影
犘 犺 犪 狊 犲 狊 犺 犻 犳 狋 犾 犪 狊 犲 狉 狉 犪 狀 犲 犳 犻 狀 犱 犲 狉 狉 犲 犮 犲 犻 狏 犲 狉 狊 狊 狋 犲 犿 犵 狔
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， 本文提出了多频调制方法 ， 该方
通过欠采样技术的 法动态范围不受 犳Ｈ／ 犳Ｌ 限 制 ， 避免了混频器等模拟器件的使用 ， 简化了电 应用 ， 路； 并设计了一种新的相位差放大测量模块 ， 在不 增加测 量 时 间 的 同 时 ， 将测量精度提高了１ ／ 犖 倍。 高频弱光入射至 Ａ 产生的相位延迟 Ｐ Ｄ 时， 成为限制激光 测 距 精 度 的 主 要 因 素 之 一 。Ｓ ｈ ｕ ｋ ｏ 经过强度调制的入射光 Ｙ ｏ ｋ ｏ ａ ｍ ａ 的研究 指 出 ， ｙ 经Ａ 转 换 后 产生信号的相位延迟 强度越小 ， Ｐ Ｄ 越大 。 当调制频率为 １１ 最大的相位 ０ ０ ＭＨ ｚ时 ，
响的有效方法 。 本文在详细分析串扰误差产生机 理的基础上 ， 建立了由于串扰引起的测相误差的 模型 ， 通过该模型 ， 可以得到达到某一测量精度所 本 文 通 过 实 验， 需要的光电信 号／感 应 信 号 的 值 ； 给出了采取不同的屏蔽措施时相位差测量精度 。
／ 限 制 了 其 动 态 范 围； π δ 犳Ｌ 的值不能 ＞２ 犳Ｈ 很 φ， 高时 ， 保 证 很 高 的 相 位 测 量 精 度 非 常 困 难； 另 外， 该方法需要混频 器 等 模 拟 器 件 ， 增加了电路的复 杂程度 。 针对许多领域对高速高精度测量距离的 要求日益提高
［ ５］
２ 接收系统设计
系统分为 设计的系统 总 体 框 图 如 图 １ 所 示 ， 信 号 放 大 模 块、 自动增益控制模 激光 发 射 模 块 、 块、 相位放大测量模块 。 在激光发射模块中 ， 恒温 晶振经分频 给 Ｄ Ｄ Ｓ 提 供 时 钟 源， Ｄ Ｄ Ｓ产生高频 经驱动电路对半导体激光器 Ｌ 正弦调制 信 号 ， Ｄ 实现强度调制 。 由 Ｌ Ｄ 发出 的高 频调 制光 经光学 系统至靶镜， 经 靶 镜 返 回 的 光 入 射 至Ａ 经前 Ｐ Ｄ，
［ ４］
响 。 当对半导体激光器进行强度调制的电流源和 经Ａ 令 Ｐ Ｄ 产生 的 光 电 信 号 在 同 一 频 率 工 作 时 ， 且随着调制频率越来越高 ， 信 产生信号串扰现象 ， 号串扰令 成 为 限 制 激 光 测 距 测 量 精 度 的 主 要 因 素 。Ｓ ｈ ａ ｈ ｒ ａ ｍＭ ｏ ｈ ａ ｍｍ ａ ｄＮ ｅ ａ ｓ和 Ｋ ｉ ａ ｚ ａ ｎ ｄＦ ａ ｊ ｓ ｉ ｈ ｉ使用脉 宽 调 制 的 方 法 减 少 串 扰 影 响 的 同 时 ， 减小了环境噪声 以 及 温 度 对 测 距 系 统 的 影 响 ， 但