相位法激光测距仪的研究
《相位法激光测距仪设计》
《相位法激光测距仪设计》摘要：I.引言- 激光测距仪背景和应用- 相位法激光测距仪的优势II.相位法激光测距仪原理- 相位法基本原理- 激光测距仪系统构成III.相位法激光测距仪设计- 系统硬件设计- 激光发射器- 激光接收器- 数字鉴相器- 系统软件设计- 相位差计算- 距离计算IV.相位法激光测距仪应用- 军事领域- 民用领域V.结论- 相位法激光测距仪的优势- 发展前景正文：激光测距仪是一种利用激光技术测量物体距离的仪器，广泛应用于军事、民用等领域。
相位法激光测距仪作为其中一种类型，具有高精度、高效率等优势，成为近年来研究的热点。
相位法激光测距仪基于相位法原理，通过检测发射光和反射光之间的相位差来检测距离。
其系统构成主要包括激光发射器、激光接收器、数字鉴相器等部分。
其中，激光发射器负责发射激光束，激光接收器负责接收反射光，而数字鉴相器则负责计算相位差。
在设计相位法激光测距仪时，需要考虑系统硬件和软件的设计。
在硬件方面，激光发射器和接收器需要具有较高的稳定性和精度，以保证测量结果的准确性。
此外，数字鉴相器的设计也非常重要，其性能直接影响到相位差计算的准确性。
在软件方面，相位差计算和距离计算的算法需要优化，以提高计算速度和精度。
相位法激光测距仪在军事和民用领域具有广泛的应用前景。
在军事领域，相位法激光测距仪可以应用于侦查、定位、导航等方面，提高作战效率和精度。
在民用领域，相位法激光测距仪可以应用于土地测量、建筑测量、无人机导航等领域，为生产生活提供便捷。
总之，相位法激光测距仪具有显著的优势，其设计和应用值得进一步研究和探讨。
三维激光扫描仪中测距的方法与特点
三维激光扫描仪中测距的方法与特点《三维激光扫描仪中测距的方法与特点》激光扫描技术是一种高精度的三维测量方法，主要用于建筑设计、制造业和文化遗产保护等领域。
测距是其中最基本的功能之一。
本文将介绍三维激光扫描仪中常用的测距方法和其特点。
一、相位测距法相位测距法是三维激光扫描仪中应用较为广泛的一种测距方法。
该方法基于激光光束的干涉原理，通过测量光束在发射和接收之间传播的距离差来获取目标物体的距离信息。
在扫描仪的计算系统中，利用光电二极管或其他传感器记录下光束经过的相位差，进而计算出目标物体的距离。
相位测距法具有较高的精度和测量范围，适用于大多数测距场景。
二、时间差测距法时间差测距法是另一种常用的测距方法。
该方法利用激光光束从发射到接收所需的时间来计算目标物体的距离。
通过激光脉冲的发射和接收时间的记录，结合光在空气中的传播速度，可以精确计算出测量目标与激光扫描仪之间的距离。
相较于相位测距法，时间差测距法的优势在于简单、快速，适用于运动目标的测量。
三、特点与应用三维激光扫描仪中测距的方法具有以下特点：1. 高精度：三维激光扫描仪能够实现毫米级的测量精度，具备非常高的测量精度，能够准确地捕捉目标物体的细节信息。
2. 高效率：激光扫描仪可以实现快速的数据采集，每秒钟可达到百万级的测量点，节省了大量的测量时间和人力成本。
3. 安全性：三维激光扫描仪在进行测量时通常使用红光激光束，与人眼视觉系统无害，无需担心安全问题。
四、总结三维激光扫描仪中的测距方法多样而灵活，可根据不同的测量需求选择合适的方法。
相位测距法和时间差测距法是两种常用的测距方法，各自具有优势和适用场景。
无论是高精度的建筑测量还是制造业中的质量控制，三维激光扫描仪都能够提供准确、快速且安全的测距解决方案。
激光测距实验报告(精)
一、激光测距简介：激光测距仪无论在军事应用方面，还是在科学技术、生产建设方面，都起着重要作用。
由于激光波长单一，测量精度高，且激光测距仪结构小巧，安装调整方便，故激光测距仪是目前高精度测距最理想的仪器。
激光器与普通光源有显著的区别，它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点：①激光有小的光束发散角，即所谓的方向性好或准直性好。
②激光的单色性好，或者说相干性好，普通灯源或太阳光都是非相干光。
③激光的输出功率虽然有限度，但光束细，所以功率密度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。
若激光是连续发射的，测程可达40公里左右，并可昼夜进行作业。
若激光是脉冲发射的，一般绝对精度较低，但用于远距离测量，可以达到很好的相对精度。
世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年，首先研制成功的。
美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。
1961年，第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验，对此后激光测距仪很快就进入了实用联合体。
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，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。
它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。
由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测距仪。
国内外出现了一批新型的具有测距快、体积小、性能可靠等优点的微型测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。
激光测距仪-分类：一维激光测距仪用于距离测量、定位；二维激光测距仪（Scanning Laser Range finder）用于轮廓测量，定位、区域监控等领域；三维激光测距仪（3D Laser Range finder）用于三维轮廓测量，三维空间定位等领域。
激光测距-方法激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。
相位激光测距试验系统的研究
相位激光测距试验系统的研究徐匡迪;王春雨;谢新月;刘宗文【摘要】The phase laser range finder testing system is introduced in this article.The basic prin-ciples of phase laser range finder and the testing methods for the system are analyzed.The test of laser modulation frequency of the system is finished,and the modulation waveform is indicated on the display.%介绍了相位激光测距试验系统，分析了相位激光测距的基本原理及系统试验方法，对系统进行激光调制频率试验，由显示器显示出调制波形。
【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】3页(P65-67)【关键词】激光测距;相位;试验系统【作者】徐匡迪;王春雨;谢新月;刘宗文【作者单位】空军航空大学，吉林长春 130022;空军航空大学，吉林长春130022;空军航空大学，吉林长春 130022;空军航空大学，吉林长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TN2491 概述当前，非接触测距的方法主要包括电磁波测距、超声波测距和光学测距等。
激光技术诞生以后，激光测距很快得到应用，尤其是应用于长距离的探测。
激光测距是根据激光往返于目标的时间计算距离，测距不需要借助基线，具有一定的优越性。
激光测距仪可分为：一维激光测距仪，一般用于距离测量、定位；二维激光测距仪，一般用于轮廓测量、区域监控、定位等领域；三维激光测距仪，一般用于三维轮廓的测量、三维空间定位等领域。
此外，激光测距仪还能用来对人造卫星跟踪测距，测量飞机的飞行高度，对目标进行瞄准测距，以及进行地形测绘、勘察等。
激光测距 相位
激光测距相位激光测距相位法是一种常用的测量距离的技术方法，它利用激光器发射激光脉冲，通过测量激光的相位差来确定目标物体与测量仪器之间的距离。
该方法具有测量精度高、测量范围广、测量速度快等优点，被广泛应用于工业、建筑、医疗和科学等领域。
相位法是一种利用激光的光波特性进行测距的方法。
它的基本原理是利用激光脉冲的相位差来计算目标物体与测量仪器之间的距离。
激光脉冲发射时首先经过一个光调制器，光调制器可以控制激光的频率和相位，然后被目标物体反射回来，最后由一个接收器接收。
接收器接收到的激光脉冲经过信号处理后，测量出激光脉冲的相位差，进而计算出目标物体的距离。
在测量中，激光脉冲发射后，经过一段时间后，激光脉冲被目标物体反射回接收器。
激光脉冲的相位差就是指发射时刻和接收时刻的相位差。
可以通过测量激光脉冲的到达时间差或测量激光脉冲的相位差来计算出目标物体与测量仪器之间的距离。
在计算激光脉冲的相位差时需要考虑到激光的传播速度。
激光在真空中的传播速度为光速，而在大气中的传播速度则受到大气折射率的影响。
因此，在测量中需要将激光传播的时间与激光的相位差进行转化，从而得到准确的距离值。
激光测距相位法具有许多优点。
首先，它具有测量精度高的特点。
由于激光的相位差可以精确地测量，在近距离的测量中，可以达到亚毫米级别的测量精度。
其次，激光测距相位法的测量范围广。
激光的传播速度非常快，而且激光脉冲的相位差可以进行很大的可调范围，因此可以实现从几毫米到几百米甚至几千米的距离测量。
此外，激光测距相位法还具有测量速度快的特点。
激光脉冲的传播速度很快，在实际应用中可以实现实时测距，适用于需要快速测量的场合。
激光测距相位法被广泛应用于许多领域。
在工业领域，激光测距相位法可以用于测量物体的尺寸、位置和形状，为生产加工提供重要的参数。
例如，在汽车制造中，可以利用激光测距相位法测量车身外形的尺寸，以确保其符合设计要求。
在建筑领域，激光测距相位法可以用于测量建筑物的高度、宽度和倾斜度等参数，为建筑设计和施工提供参考。
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
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——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。
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
相位式激光测距仪原理
相位式激光测距仪原理激光测距是光波测距中的一种测距方式，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。
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，如下图所示。
图为相位式激光测距仪测距原理图相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。
由于其精度高，一般为毫米级，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。
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 将此关系代入上式距离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——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。
ω——调制信号的角频率，ω=2πf。
U——单位长度，数值等于1/4调制波长N——测线所包含调制半波长个数。
Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。
ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。
ΔN=φ/ω在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。
为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。
相位法激光测距的理论设计（综合最新版）
相位法激光测距的理论设计（综合最新版）第一篇：相位法激光测距的理论设计(综合最新版)相位法激光测距的理论设计摘要本文介绍了半导体激光技术,并在传统的相位法激光测距原理的基础上, 参考激光测距光学系统设计,运用数字相关检测的测量方法，提出一种把直接数字频率合成(DDS)技术和数字信号处理(DSP)技术相结合的新的相位激光测距理论设计，这种设计有助于简化电路、提高相位测距的精度。
关键词：相位激光测距，数字相关检测，数字信号Phase Type Laser Ranging Theoretical Design This article introduced the semiconductor laser technology, and in the traditional phase laser ranging principle foundation, the reference laser ranging optical system design, Using digital correlation detection measuring technique,proposing one kind the new phase laser ranging theoretical design which(DDS)technical and the digital signal processing(DSP)the technology unifies the direct digital frequency synthesis, for could overcome in the traditional phase range finder method the precision to enhance, the measuring range with difficulty difficulty with increases, the electric circuittoo is complex and so on the shortcoming provides has been possible to supply the reference the theoretical design.Key word：PHASE LASER RANGING，DIGITAL CORRELATION DETECTION，DIGITAL SIGNAL目录第一章引言 (4)第二章国内外研究状况.................................................................................................5 第三章激光测距光学系统 (7)3． 1 激光测距仪的系统结构.........................................................................................7 3．2光学系统图示..........................................................................................................8 3．3 光学系统设计主要部件功能与作用.....................................................................9 3．4 主要参考性能数据...............................................................................................10 第四章数字相关检测技术改进方法设计. (11)4． 1 激光相位式测距的基本原理.............................................................................11 4．2 数字信号处理(DSP)的简述 (13)4.2.1 数字信号处理的主要研究内容....................................................................14 4.2.2 测试信号数字化处理的基本步骤................................................................14 4.2.3 数字处理信号的优势....................................................................................15 4．3 直接数字频率合成技术 (15)4.3.1 DDS的基本工作原理....................................................................................16 4．4 改进的数字测相的框图设计...............................................................................16 第五章小结. (22)参考文献.............................................................................................................23 致谢........................................................................................................................... (24)第一章引言第一章引言激光，是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。
一种脉冲_相位式激光测距仪的设计
图 1 脉冲相位式激光测距系统框图 为减小噪声干扰 ,提高 DDS 的频谱纯度 ,选用低相位 实现距离的粗测 ,而精测部分则完全由对发射信号和回波
噪声的器件 ,采用对电源有良好去耦合的高稳定高纯度的 时钟信号 。同时运用同轴线馈入时钟信号 ,以防时钟的泄
信号的相位差的测量精度决定 。由此 ,限制系统测量精度 的主要因素是对相位差的测量 ,以前的设计系统中对相位
差 ,设最大点为 k0 ,最大点的相位为 <则有相位差
θ= Nf 0<
(10)
k0 f s
由此即可求得距离差为 :
d=
c 2
×2π1 f
×θ
(11)
由最后的公式知 ,DSP 只需要对选频信号分别采样 ,
做 FF T 变换后点乘 ,并求取此时最大值的相位和位置即可
求出相应的距离差 。
由以上测距公式知信号为 30 M Hz 时 , 采样频率为
800 k Hz 的情况下 ,如果想让系统达到 1 mm 的测距精度
则理论分析有 :
Δθ = 4πf ×Δd/ c
(12)
代入相应的数值有如下计算结果 :
相位法激光测距原理及算法详解
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]。
激光测距实验报告
有关“激光测距”的实验报告有关“激光测距”的实验报告如下：一、实验目的本实验旨在通过激光测距的方法，测量目标物体与测距仪之间的距离，并验证激光测距的原理及精度。
二、实验原理1.激光测距的基本原理是利用激光的快速、单色、相干性好等特点，通过测量激光发射器发出激光信号到目标物体再反射回来的时间，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
具体而言，激光测距仪通常采用脉冲法或相位法进行测距。
2.脉冲法测距是通过测量激光发射器发出激光脉冲信号到目标物体再反射回来的时间，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
其计算公式为：d=2c×t，其中d为目标物体与测距仪之间的距离，c为光速，t为激光脉冲信号往返时间。
3.相位法测距则是通过测量调制后的激光信号在目标物体上反射后与原信号的相位差，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
其计算公式为：d=2×Δφλ，其中λ为调制波长，Δφ为相位差。
三、实验步骤1.准备实验器材：激光测距仪、标定板、尺子、三脚架等。
2.将标定板放置在平整的地面上，用三脚架固定激光测距仪，调整激光测距仪的高度和角度，使激光束对准标定板中心。
3.按下激光测距仪的测量按钮，记录标定板的距离读数。
4.用尺子测量标定板的实际距离，并与激光测距仪的读数进行比较。
5.重复步骤3和4多次，记录数据并分析误差。
四、实验结果与分析1.激光测距仪的测量精度较高，误差在±1cm以内。
2.在不同距离下，激光测距仪的误差略有不同，但总体来说表现良好。
3.在实际应用中，需要注意环境因素对激光测距的影响，如烟雾、尘埃等可能会影响激光信号的传播和反射。
五、结论与展望本实验通过激光测距的方法测量了目标物体与测距仪之间的距离，验证了激光测距的原理及精度。
实验结果表明，激光测距仪具有较高的测量精度和可靠性，适用于各种需要高精度距离测量的场合。
未来，随着技术的不断发展，激光测距的应用领域将更加广泛，如无人驾驶、机器人导航、地形测绘等。
激光测距论文
摘要激光测距技术是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的测距性能而广泛应用在军事和民用领域。
激光测距方法从原理上主要分为相位法测距和脉冲法测距两种。
本文将脉冲激光测距和相位激光测距进行了原理分析与比较,根据课题设计需要选择了测程远、精度高、成本低且结构简单的脉冲激光测距作为设计方法。
本文对组成脉冲激光测距系统的几个重要单元电路做了深入研究。
主要包括激光发射电路、激光接收电路、高精度时间测量电路、单片机以及LCD显示。
在发射电路中采用集成芯片LM555和74LS123设计的窄脉冲发生电路。
在接收电路中对回波信号的放大、滤波、整形和时刻鉴别进行了分析和研究，对已有的时刻鉴别电路做了对比与选择,设计了前沿时刻鉴别电路,有效地减小了由于幅度的随机抖动而引起的误差。
脉冲飞行时间测量精度直接影响着脉冲激光测距系统的整体测距精度,因此在高精度计时电路中采用了高精度计时芯片TDC—GP2测量脉冲飞行时间,不仅使电路结构变得简单,而且有效地提高了计时精度。
关键词：激光测距；脉冲法；发射电路；接收电路；高精度计时ABSTRACTWith the development of laser technology，laser ranging becomes a new precise measurement technology, and is extensively used in the military and civil field for its high accuracy.The laser range finder is divided into pulse and phase two types at present.This paper analyzed the pulse laser range finder and phase laser range finder，chose the pulse laser range finder as the research method because of high precision，low cost and simple structure.The paper had been done deeply study of pulse laser measuring system, mainly including the laser emitting circuit, the laser receiving circuit, the high precision time measurement circuit,single chip and LCD display. The narrow pulse generating circuit was designed using LM555 and 74LS123 integrated chip in the emitting circuit.In the receiving circuit analyzed and studied for the signal of echo amplification, filtering, shaping and time identify circuit，cutting edge moment discrimination circuit are designed to reduce the error of due to amplitude random jitter by comparison and selection the existing time discrimination circuit.Pulse time of flight measurement accuracy directly affects the whole measurement of the pulse laser ranging system accuracy, so high precision time measurement chip TDC—GP2 is used measurement pulsed time of flight in the high precision time measurement circuit.It not only makes the circuit structure become simple but also improves accuracy.Key words：Laser range finder；Pulse method；Emitting circuit；Receiving circuit；High precision time measurement目录第一章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2国外研究现状 (2)1.3课题研究容 (3)第二章激光测距系统理论分析与设计 (4)2.1激光技术 (4)2.1.1激光简介 (4)2.1.2激光及其产生 (6)2.1.3激光的特性 (8)2.1.4激光器的基本组成 (9)2.1.5激光器的种类 (10)2.1.6激光器的选择 (11)2.1.7半导体激光二极管的特性 (12)2.2激光测距原理 (15)2.2.1相位法激光测距 (15)2.2.2脉冲法激光测距 (17)2.2.3两种测距方式的性能分析及其对比 (19)2.2.4激光测距的要求与方法的选择 (20)第三章系统总体方案与电路设计 (21)3.1系统总体方案 (21)3.1.1系统基本组成 (21)3.1.2系统工作流程 (22)3.2系统电路的设计 (23)3.2.1激光发射电路的设计 (23)3.2.1.1窄脉冲发生电路 (23)3.2.1.2激光驱动电路 (28)3.2.1.3半导体激光器 (31)3.2.2激光接收电路的设计 (32)3.2.2.1接收光路 (32)3.2.2.2光电探测器 (34)3.2.2.3放大电路 (37)3.2.2.4比较整形电路 (41)3.2.2.5时刻鉴别电路 (43)3.2.2.6高压产生电路 (45)3.2.3高精度计时电路 (47)第四章单片机与液晶显示 (51)4.1单片机 (51)4.1.1 AT89C51简介 (52)4.1.2 AT89C51主要特性 (52)4.1.2 AT89C51引脚说明 (53)4.1.3 AT89C51外围电路 (55)4.2液晶显示 (55)4.2.1 LM016L简介 (56)4.2.2 LM016L引脚说明 (56)4.2.2 LM016L外围电路 (57)第五章总结 (57)致 (59)参考文献 (60)附录一激光测距仪程序框图 (61)附录二激光测距仪程序 (62)第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的不断发展，人们在民用和军事领域对距离测量的需求日益增加。
《相位法激光测距仪设计》
《相位法激光测距仪设计》摘要：一、引言二、相位法激光测距仪的原理与结构1.相位法测距原理2.激光测距仪的结构组成三、相位法激光测距仪的设计方法1.欠采样技术与同步检测原理2.晶体滤波器和直接数字频率合成计四、实验结果与分析1.系统整体结构和性能改进2.数字化与自动化程度的提高五、结论正文：一、引言激光测距仪是一种非接触式的测量仪器，它利用激光束测量目标物体与测量仪器之间的距离。
根据测距方法的不同，激光测距仪可分为相位法激光测距仪和脉冲法激光测距仪。
相位法激光测距仪通过检测发射光和反射光之间的相位差来测量距离，具有较高的测量精度和较远的测量范围。
因此，本文将重点介绍相位法激光测距仪的设计方法。
二、相位法激光测距仪的原理与结构1.相位法测距原理相位法激光测距仪的原理是利用激光器发出一束激光，经过调制后射向目标物体，然后通过接收器接收目标物体反射回的激光束。
由于激光在传播过程中会发生相位变化，因此通过检测发射光和反射光之间的相位差，可以计算出目标物体与测量仪器之间的距离。
2.激光测距仪的结构组成激光测距仪主要由激光器、调制器、发射器、接收器、相位检测器和数据处理器等组成。
激光器负责发射激光束，调制器负责对激光束进行调制，发射器负责将激光束射向目标物体，接收器负责接收目标物体反射回的激光束，相位检测器负责检测发射光和反射光之间的相位差，数据处理器负责对测量结果进行处理。
三、相位法激光测距仪的设计方法1.欠采样技术与同步检测原理为了降低数据处理的复杂程度，可以采用欠采样技术与同步检测原理改进测相方法。
欠采样技术是指在采样频率较低的情况下，通过增加采样时间来提高采样精度。
同步检测原理是指通过同步检测发射光和反射光的相位差，来消除环境因素对测量结果的影响。
2.晶体滤波器和直接数字频率合成计为了改进测距仪的滤波与调制手段，可以采用晶体滤波器和直接数字频率合成计（DDS）。
晶体滤波器具有较高的滤波性能和较低的功耗，可以有效地抑制干扰信号。
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。
DDS技术在相位式激光测距中的应用
孙丰明，金翊，黄贤胜：DDS 技术在相位式激光测距中的应用2009,30(8)18790引言激光测距仪现在广泛应用于测绘、工程和军事等领域中。
而在短程精密测量中主要采用相位法激光测距，这种方法具有精度高，测量速度快、仪器结构简单的优点。
相位测距的技术关键是保证光束调制信号频率和相位的稳定性，它直接决定测量结果的精度。
本文采用直接数字合成信号技术(DDS )来保证这个关键点的实现。
DDS 能产生频率和相位均可调的正弦或方波信号，具有分辨率高、转换速度快、性能价格比高等优点。
1相位式激光测距原理相位法激光测距通过测量调制光波往返于被测距离=2(1)式中：一次用去的时间，——光波速度，嵌入式系统工程18802009,30(8)计算机工程与设计Computer Engineering and Design2DDS 技术2.1DDS 基本原理DDS 是由数字信号产生相位增量来合成输出信号的技术，具有输出频率分辨率高、稳定性好、可灵活产生多种信号的优点。
其原理图如图2所示。
为了保证相位式激光测距仪的主振和本振均无频率漂移和相位抖动，本文采用两片DDS 芯片AD9850，分别产生主振和本振正弦波信号，主振频率为210KHz ，本振频率为200KHz 。
2.2AD9850介绍AD9850内部包括可编程DDS 系统、高性能DAC 和高速比较器，可实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。
若配上精度较高的参考时钟信号，AD9850可产生一个频谱较稳定、频率和相位都可编程控制的模拟正弦信号输出，也可将其转换为方波。
AD9850的DDS 系统包括相位累加器和正弦查找表，其中相位累加器由一个加法器和一个32位相位寄存器组成。
每来一个时钟信号，相位累加器以步长M 递加，相位寄存器的输出与相位控制字相加后作为正弦查找表的查找地址。
查找表中的每个地址代表正弦波的一个相位点，每个相位点存放着对应的量化振幅值。
因此，这个查找表相当于一个相位/振幅变换器，它将相位累加器的相位信息映射成数字振幅信息，这个数字振幅值就作为D/A 变换器的输入。
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ｉｓｏｌａｔｉｏｎｒ ａｔｉｏｉ ｓａ ｓｈ ｉｇｈａ ｓ２ ７ｄＢ．
Ｉｎ ａ ｄｄ ｉｔｉ ｏｎ，ｉｆ ｍ ａｋｅｓ ｏｍｅｉ ｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏ ｎ斌 Ｉｔｃ ａｎａ ｌｓｏｂ ｅｕ ｓｅｄｉ ｎｖ ｅｈｉｃｌｅ ｒｅａｒ－ｅｎｄｃｏ ｌｌ ｉｓｉｏｎａ ｖｏｉｄａｎｃｅｓｙ ｓｔｅｍ，ｂｕ ｉｌｄｉｎｇａ ｒｅａｍ ｅａｓｕｒｉｎｇ，ｆ ｉｅ ｌｄｒｅ ｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅｅｔ ｃ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｈ ａｓｅｌａ ｓｅｒｒａ ｎｇｅｆ ｉ ｎｄｅｒ，ｄｉ ｇｉｔａｌｐｈ ａｓｅｄ ｅｔｅｃｔｏｒ；ｐ ｈａｓｅ：ｍ ｉｘｅｒ
独 创性 （或创 新性 ）声 明
本 人 声 明所呈交 的论 文是我个人在导师指导下进行 的研究 工作及 取得 的研究
成果。尽我所知 ，除了文中特 别加 以标注和致谢 中所罗列的内容外，论文中不包
摘要
摘要
激 光测 距 是随着激光技术的发展而发展起来的一种精密测量技术。因其良好 的精确度特性而广泛的应用在军事和民用领域。
本文 的 主 要工作是： 介绍 了 相 位式激光测距的测距原理，在此基础之上，提出了一种实用的相位 式激光测距方案。
完成 了 激 光测距仪整体电路的规划，设计和调试了整个电路的硬件、软件。 完成 了 基 于可编程逻辑器件和单片机的数字鉴相器的硬件电路设计，并用硬 件描述语言和单片机语言完成了可编程器件和单片机内部的程序，实现了鉴相器 的功能。实验证明，鉴相器精度超过千分之一。 用双 栅 场 效应管作混频器，在高频下混频器的两路输入信号隔离度很高，解 决了高低频测距光尺的干扰问题。实验验证电压隔离度为 ２７ｄＢ以上。 若将 此 种 测距仪进行改造，该仪器在汽车防撞系统，房屋土地面积的丈量，
Ｉｎｔ ｈ ｉｓ ｐ ａ ｐｅｒ，ｔｈ ｅｍ ａｊｏｒｔａ ｓｋｓａｒ ｅａｓ ｆｏ ｌｌｏｗｓ： Ｔｈ ｅｐ ｒｉｎ ｃｉｐｌｅｏ ｆｐ ｈａｓｅｌ ａｓｅｒｒａ ｎｇｅｆ ｉｎｄｅｒｉｓ ｄ ｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａ ｐ ｒａｃｔｉｃａｌｒａ ｎｇｅｆ ｉ ｎｄｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇｌａ ｓｅｒｄ ｉｏｄｅｉｓ ｄ ｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔ ｈｅｃ ｉｒｃｕｉｔｓｉｎ ｃｌｕｄｉｎｇＲ Ｆ，ＩＦ ａ ｓｗ ｅｌｌａｓ ｄ ｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌｐｒ ｏｃｅｓｓｉｎｇｃ ｉｒｃｕｉｔｓｕ ｓｅｄｆｏ ｒｐｈ ａｓｅｌａ ｓｅｒｒａ ｎｇｅｆｉ ｎｄｅｒａｒ ｅｃ ｏｍｐｌｅｔｅｄ． Ｔｈｅ ｓｙ ｓｔｅ ｍｉ ｓｄ ｉｖｉｄｅｄｉｎ ｔｏｓ ｅｖｅｒａｌｍ ｏｄｕｌｅｓｂａ ｓｅｄｏ ｎｔｈ ｅｆｕ ｎｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈ ｅｃ ｉｒｃｕｉｔｓｏｆ ｅｖｅｒ ｙｍ ｏｄｕｌｅａ ｒｅｄ ｅｓｉｇｎｅｄａ ｎｄｄ ｅｂｕｇｇｅｄ．Ａ ｌｌｔｈ ｅｐ ｒｏｇｒａｍｓｉｎ Ｃ ｏｍｐｌｅｘＰ ｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＬｏｇｉｃＤ ｅｖｉｃｅａ ｎｄＭ ｉｃｒｏＣ ｏｎｔｒｏｌＵ ｎｉｔｅａｒ ｅｍ ａｄｅａｎ ｄｄ ｅｂｕｇｇｅｄ． Ｔｈｅ ｄ ｉｇｉ ｔａｌｐ ｈａｓｅｄ ｅｔｅｃｔｉｎｇｃ ｉｒｃｕｉｔｉｓ ｄ ｅｓｉｇｎｅｄｂ ａｓｅｄｏ ｎＣ ｏｍｐｌｅｘＰ ｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＬｏｇｉｃＤ ｅｖｉｃｅａ ｎｄＭ ｉｃｒｏ－Ｃｏｎｔｒ ｏｌＵ ｎｉｔｅ；Ａ ｌｌＣ ｐ ｒｏｇｒａｍｓｕｓ ｅｄｉｎ ｔｈ ｅＭ ｉｃｒｏＣ ｏｎｔｒｏｌＵ ｎｉｔｅ ａｎｄａ ｌｌＨ ａｒｄｗａｒｅＤ ｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎＬ ａｎｇｕａｇｅｐ ｒｏｇｒａｍｓｏ ｆｔｈ ｅＣ ｏｍｐｌｅｘＰ ｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬ ｏｇｉｃ
日期：ｚｏ－ｄｌ‘ｙ．４
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他教育机构的学位 或证书而使用过 的材料 。与我一同工作的同志对本研究所作的
任何贡献均 己在论文中做了明确的 说明并表示了谢意。
申请 学 位 论文与资料若有不实之处，本人承担一切相 关责任 。
本人签名：绳太．＇ ５Ｃ＇
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅ ｌａ ｓｅ ｒｒａ ｎｇｆ ｉ ｎｄｅｒｉｓ ａ ｐ ｒｅｃｉｓｉｏｎｍ ｅａｓｕｒｉｎｇｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗ ｈｉｃｈｉｓ ｗ ｉｄｅｌｙｕ ｓｅｄｉｎ ｔｈｅｍ ｉｌｉｔａｒ ｙｆ ｉｅｌｄａ ｎｄｔｈ ｅｃ ｉｖｉｌｆ ｉｅ ｌｄｉｎ ｗ ｈｉｃｈｈ ｉｇｈａ ｃｃｕｒａｃｙｉｓ ｎｅ ｅｄｅｄ．
Ｄｅｖｉｃｅａ ｒｅｆ ｉ ｎｉｓｈｅｄ．Ｔ ｈｅ３ ｍｍｐ ｒｅｃｉｓｉｏｎｏ ｆｔｈ ｅｄ ｉｇｉｔａｌｐｈ ａｓｅｄ ｅｔｅｃｔｏｒｉｓ ｏ ｂｔａｉｎｅｄｉｎ ｔ ｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．
Ｄｕ ａｌ－ Ｇａ ｔｅＭ ＯＳＦＥＴｉ ｓｕ ｓｅｄａ ｓｍ ｉｘｅｒａｎ ｄｔ ｈｅｈ ｉｇｈｉ ｓｏｌａｔｉｏｎｏ ｆｔｈ ｅｍ ｉｘｅｒｂ ｅｔｗｅｅｎ
野外勘测等诸多领域 也有着广泛应用 。
关键词 ： 激光测距：数字鉴相；相位：混频器
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