相位法测距原理
脉冲测距 相位测距对比
脉冲测距与相位测距的对比分析
在现代科技领域，测量距离的方法多种多样，其中，脉冲测距和相位测距是两种常用的测距方式。
本文将对这两种测距方式进行详细的对比分析。
一、脉冲测距
脉冲测距是一种利用发射短时间的脉冲光波，通过测量发射和接收之间的时间差来确定目标距离的方法。
这种测距方式的主要优点在于其精度高，因为其直接测量的是光传播的时间，而光速是一个非常稳定的常数。
此外，脉冲测距还可以通过改变脉冲宽度来调整测距范围，适应性较强。
然而，脉冲测距也存在一些缺点。
首先，由于需要精确测量微秒级别的时差，因此对电子设备的性能要求较高，成本相对较大。
其次，脉冲测距的抗干扰能力较弱，容易受到环境因素的影响。
二、相位测距
相位测距则是一种利用激光干涉原理，通过测量发射光波和反射光波之间的相位差来确定距离的方法。
相位测距的优点主要体现在其具有较高的分辨率和较强的抗干扰能力，适合于微小距离的测量。
但是，相位测距也有其局限性。
一方面，由于相位差受光波长限制，因此其测距范围较小。
另一方面，相位测距对环境条件要求较高，例如需要保持稳定的温度和湿度等，这在一定程度上限制了其应用场合。
三、对比分析
总的来说，脉冲测距和相位测距各有优劣，适用的场景也有所不同。
脉冲测距更适合于远距离、大范围的测距需求，如地质勘探、航空测量等领域；而相位测距则更适用于微小距离的高精度测量，如精密仪器制造、生物医学研究等领域。
综上所述，选择哪种测距方式取决于具体的测量需求和环境条件。
在未来的发展中，我们期待看到更多的新技术和新方法出现，以满足日益增长的测距需求。
光电测距基本原理
光电测距仪根据测定时间t的方式，分为直接测定时间的脉冲测距法和间接测定时间的相位测距法。
高精度的测距仪，一般采用相位式。
相位式光电测距仪的测距原理是：由光源发出的光通过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光。
通过测量调制光在待测距离上往返传播的相位差φ来解算距离。
相位法测距相当于用“光尺”代替钢尺量距，而λ/2为光尺长度。
相位式测距仪中，相位计只能测出相位差的尾数ΔN，测不出整周期数N，因此对大于光尺的距离无法测定。
为了扩大测程，应选择较长的光尺。
为了解决扩大测程与保证精度的矛盾，短程测距仪上一般采用两个调制频率，即两种光尺。
例如：长光尺（称为粗尺）f1=150kHz，λ1/2=1 000m，用于扩大测程，测定百米、十米和米；短光尺（称为精尺）f2=15MHz，λ2/2=10m，用于保证精度，测定米、分米、厘米和毫米。
光电测距仪结构1．仪器结构主机通过连接器安置在经纬仪上部，经纬仪可以是普通光学经纬仪，也可以是电子经纬仪。
利用光轴调节螺旋，可使主机的发射——接受器光轴与经纬仪视准轴位于同一竖直面内。
另外，测距仪横轴到经纬仪横轴的高度与觇牌中心到反射棱镜高度一致，从而使经纬仪瞄准觇牌中心的视线与测距仪瞄准反射棱镜中心的视线保持平行，配合主机测距的反射棱镜，根据距离远近，可选用单棱镜（1500m内）或三棱镜（2 500m内），棱镜安置在三脚架上，根据光学对中器和长水准管进行对中整平。
2．仪器主要技术指标及功能短程红外光电测距仪的最大测程为2 500m，测距精度可达±（3mm+2×10-6×D）（其中D为所测距离）；最小读数为1 mm；仪器设有自动光强调节装置，在复杂环境下测量时也可人工调节光强；可输入温度、气压和棱镜常数自动对结果进行改正；可输入垂直角自动计算出水平距离和高差；可通过距离预置进行定线放样；若输入测站坐标和高程，可自动计算观测点的坐标和高程。
测距方式有正常测量和跟踪测量，其中正常测量所需时间为3s，还能显示数次测量的平均值；跟踪测量所需时间为0.8s，每隔一定时间间隔自动重复测距。
4.2 相位法测距汇总
u1T cos(2f 1t 1 ) u 2T cos(2f 2 t 2 )
4f 1 R0 u1R cos2 ( f 1 f d 1 )t 1 c 4f 2 R0 u2 R cos2 ( f 2 f d 2 )t 2 c
用测量两个分开频率间的相位差方法进行测距，类似于干涉仪天线那样利用间隔 很远的两部天线，通过测量相位差来测量角度。干涉仪天线测角精度高，但有角 度模糊，可利用安置在较近的附近天线解决模糊问题。在干涉仪天线系统中各个 天线间的空间配置相应于多频测距技术中频率间的间隔。
连续波多频雷达已广泛应用于大地测量和导弹制导中进行精确测距。命名为微波 测距仪的一种便携式电子勘测设备就是根据这个原理工作的。
2018/10/31
哈尔滨工业大学电子工程系
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单频连续波的相位法测距
前面讲过简单的连续波雷达不能测距，但在一些情况下测量回波信号与 发射信号间的相对相位进行测距也是可能的，下面具体分析：
2018/10/31
哈尔滨工业大学电子工程系
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单频连续波相位法测距
发射机 A 设单基地雷达位于A点，目标位于B点，两者 距离R，若发射、接收信号分别为：
目标B
u1 (t ) cos( 0 t 0 )
接收机
2R u2 u1 (t ) cos( 0t 0 0 ) c 式中 0 是发射信号的初始相位，发射信号与
目标回波的相位差：
1 2 0
相位计
2R c
相位法测距1 哈尔滨工业大学电子工程系 8
相位调制连续波雷达
调相连续波雷达系统采用每经τ秒便将离散相移加至发射的连续波信号的方 法来形成相位编码波形，以测量目标的距离。 下面讨论宽度为T的雷达发射脉冲的编码，将宽度分成N个子脉冲，每个宽 度为τ =T/N，然后用载波的相位对这些子脉冲进行编码。通常有两种类型的相位 编码技术： 二进制相位(双相)码：可简单地用正号+、负号-表示，正子脉冲标志表示没有相 移，而负脉冲标志表示载波有π弧度的相移，即反相。 多相位码：在子脉冲基础上的相移为 i
相位测距原理
相位测距原理
相位测距原理是一种基于光的干涉现象的测距方法。
它利用光的波动性质，通过测量光波传播过程中的相位差来确定被测物体到光源的距离。
在相位测距原理中，首先需要发射一束相干光束。
相干光是指波长相同、频率相同、且具有固定的相位关系的光波。
常用的光源有激光器和懒散光源。
当发射的光束照射到被测物体上时，一部分光束会被物体表面反射，另一部分光束则会经过物体表面透射或折射。
被反射的光束和透射或折射的光束分别称为光的参考波和测量波。
参考波和测量波在传播过程中会遇到相位差。
这是由于被测物体到光源的距离不同，导致光波传播的光程差不同所引起的。
光程差是指光波传播过程中参考波和测量波所走过的距离差。
可以通过干涉现象对相位差进行测量。
干涉是指两束或多束光波在空间叠加形成明暗条纹的现象。
当相位差满足一定条件时，就会产生干涉。
在相位测距原理中，通过调整参考波和测量波的相位差，使得干涉现象最大化。
这可以通过改变测量波的光程来实现。
通过改变测量波的光程，可以得到一系列干涉条纹，每个条纹对应着不同的相位差。
通过对干涉条纹的计数、分析和处理，可以确定干涉条纹的数
量，从而得到参考波和测量波之间的相位差。
通过相位差的测量，可以计算出被测物体到光源的距离。
相位测距原理广泛应用于测距仪、激光测绘、激光雷达等领域。
它具有高精度、高分辨率、无需物体与传感器直接接触等优点，是一种重要的测距方法。
4.2 相位法测距
(b) 未调制的连续波波形
(c) 调制后的连续波波形
相位调制的连续波波形示意图 文献中常用双相码相移的不同表示方式： 同相(无附加相移) 反相(π弧度的相移)
+ +1 0
2013-12-20 哈尔滨工业大学电子工程系
-1 1
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峰值N，其中N为码长
Barker Codes
B.R. Mahafza et al, Matlab simulations for radar systems design, Chapman & Hall/CRC, 2004
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M序列的产生方法——线性移位寄存器法
n级线性移位寄存器的输出序列是一个周期序列，其最大可能周 期是N=2n-1，这样的序列称为最大长度序列或M序列，其中1元素比0 元素的个数多1，即0、1的个数分为(N-1)/2、(N+1)/2。
输出
1级 2级 3级
目标B
u1 (t ) cos(0 t 0 )
接收机
2R u2 u1 (t ) cos(0t 0 0 ) c 式中 0 是发射信号的初始相位，发射信号与
目标回波的相位差：
1 2 0
相位计
2R c
相位法测距雷达方框图
c R 4f 0 4
0 周期性M序列的自相关函数
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周期性与非周期性M序列自相关函数的比较
{000100110101111 ∙ ∙ ∙ ∙}
{000100110101111}
M.I. Skolnik, Radar Handbook, 2nd Ed, McGraw-Hill Companies, Inc., 1990 (中译 本：电子工业出版社，2003)
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。
相位测距原理
相位测距原理相位测距是一种常见的测距方法，它利用波的相位变化来实现测距。
在相位测距中，我们通常使用电磁波或激光作为传感器，通过测量波的相位变化来计算目标物体与传感器之间的距离。
相位测距原理基于波的传播速度和波长的关系，通过测量波的相位变化来确定距离，具有高精度和远距离测量的优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
首先，让我们来了解一下相位测距的基本原理。
在相位测距中，我们通常使用连续波或调制波来发送信号。
当这些波与目标物体相互作用时，它们的相位会发生变化。
通过测量波的相位变化，我们可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
在实际应用中，我们通常会使用相位差来表示距离，通过测量波的相位差来计算出目标物体与传感器之间的距离。
在相位测距中，我们需要考虑波的传播速度和波长的关系。
波的传播速度是一个常数，而波长则取决于波的频率。
通过测量波的相位变化，我们可以确定波长的变化，进而计算出距离的变化。
因此，相位测距原理是基于波长的变化来实现距离的测量。
除了波长的变化，相位测距还需要考虑波的相位变化。
在相位测距中，我们通常会使用相位差来表示距离。
相位差是指两个波的相位之差，通过测量相位差的变化，我们可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
因此，相位测距原理是基于相位差的变化来实现距离的测量。
在实际应用中，相位测距可以通过多种方式来实现。
例如，我们可以使用光学传感器来发送激光，并通过测量激光的相位变化来计算距离。
我们也可以使用雷达来发送电磁波，并通过测量电磁波的相位变化来实现距离的测量。
无论是光学传感器还是雷达，相位测距都可以实现高精度和远距离的测量，因此在许多领域得到了广泛应用。
总之，相位测距原理是一种基于波的相位变化来实现距离测量的方法。
通过测量波的相位变化和相位差的变化，我们可以计算出目标物体与传感器之间的距禿。
相位测距具有高精度和远距离测量的优点，在许多领域得到了广泛应用。
希望通过本文的介绍，读者对相位测距原理有了更深入的了解。
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]。
激光相位法测距
（2）-5V 电源 开关电容芯片 LM2662
（3）+3.3V 主要用于单片机
STC12LE5A16S2，CPLD 器件 EPM:240T100C5N 以及 AD9954的I/O 口供电
-5V电源产生电路
+3.3V电源产生电路
（4）+1.8V 主要用于DDS芯片AD9954的内核供电
频率 切换 控制
单片机 系统控 制与数 据处理
驱计 动数 控值 制
频率综 合电路
本 振
激光调 制发射
内光路
参考
光电接
收前置 放大
反
射
光电接 收前置
外光路 面
放大
测量
50M带通 5M带通 50M带通 5M带通 滤波器 滤波器 滤波器 滤波器
50.001M 5.001M
整形
CPLD差 频与数 字检测
通
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、宽带跨导法原理图
在“开门”时间内，计数器得到的单次检相脉冲数
闸门时间内，检相次数n可表示为：
总脉冲数
该分辨率是由 (时标脉冲频率）、_/；(差频信号频率）和 (高频调制频 率）三者共同决定的。
填充脉冲频率越高，检相精度也越高。在本系统中，正是利用了高速 CPLD实现高频脉冲的填充，来提高测量精度的。
相位测距原理
相位测距原理相位测距是一种常见的测距方法，它利用电磁波在空间传播的特性来实现距离测量。
在相位测距中，通常会利用雷达或激光等设备发射电磁波，然后通过接收到的回波信号来计算目标物体与发射源之间的距离。
相位测距原理是基于电磁波的传播速度和波长来进行测量的，下面将详细介绍相位测距的原理和相关知识。
首先，我们需要了解电磁波在空间传播的特性。
电磁波在真空中的传播速度是一个恒定值，即光速，约为3.00×10^8m/s。
而在其他介质中，电磁波的传播速度会发生变化，根据介质的折射率和导致折射的原理，我们可以计算出电磁波在不同介质中的传播速度。
其次，电磁波的波长也是一个重要的参数。
波长是指电磁波在空间中传播一个完整周期所需要的距离，通常用λ来表示。
波长与频率之间有一个简单的关系，即波长乘以频率等于电磁波在介质中的传播速度。
因此，我们可以通过波长和频率之间的关系来计算出电磁波的频率。
在相位测距中，我们通常会利用电磁波的相位差来进行距离测量。
当发射源发射电磁波时，这些波会被目标物体反射回来，形成回波信号。
通过测量回波信号的相位差，我们可以计算出目标物体与发射源之间的距离。
这是因为相位差与距离之间存在着简单的线性关系，通过测量相位差，我们可以准确地计算出目标物体的距离。
除了相位差，我们还需要考虑电磁波的频率和波长对距离测量的影响。
由于电磁波在不同介质中的传播速度不同，波长也会发生变化，因此在实际测距中需要对这些因素进行修正。
通过精确测量电磁波的频率和波长，我们可以更准确地进行距离测量，提高测距的精度和准确性。
总的来说，相位测距原理是基于电磁波的传播速度和波长来进行距离测量的。
通过测量电磁波的相位差、频率和波长，我们可以准确地计算出目标物体与发射源之间的距离。
相位测距在雷达、激光测距等领域有着广泛的应用，它是一种高精度、高准确性的测距方法，为现代科技和工程领域提供了重要的技术支持。
相位测距原理的深入理解和应用将对相关领域的发展产生重要的影响，也将推动测距技术的不断创新和进步。
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。
相位测距
基于高精度测距的APD接收电路设计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。
2.1相位式激光测距技术2.1.1基本原理相位式激光测距的基本原理框图如图所示：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：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 2.2 所示，波长为式中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可表示为式中，m 是零或正整数，Δm 是个小数，A,B 两点之间的距离L 为式中，t 表示光由A点传到B点所需时间。
给出(2-3)式时已利用了(2-1)式和(2-2)式。
由(2-3)式可知，如果测得光波相移φ中2π的整数m 和小数Δm ，就可由(2-3)式确定出被测距离L，所以调制光波被认为是相位式激光测距仪测量距离的一把度量标准，可以形象的称之为“光尺”。
不过，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 2.3示意地表示光波在距离L 上往返一次后的相位变化。
激光雷达测距测速原理
激光雷达测距测速原理1. 激光雷达通用方程激光雷达方程用来表示一定条件下，激光雷达回波信号的功率，其形式如下： r P 为回波信号功率，t P 为激光雷达发射功率，K 是发射光束的分布函数，12a a T T 分别是激光雷达发射系统到目标和目标到接收系统的大气透过率，t r ηη分别是发射系统和接收系统的透过率，t θ为发射激光的发散角，12R R 分别是发射系统到目标和目标到接收系统的距离，Γ为目标的雷达截面，r D 为接收孔径。
方程作用：激光雷达方程可以在研发激光雷达初期确定激光雷达的性能。
其次，激光雷达方程提供了回波信号与被探测物的光学性质之间的函数关系，因此可以通过激光雷达探测的回波信号，通过求解激光雷达方程获得有关大气性质的信息。
2. 激光雷达测距基本原理2.1 脉冲法脉冲激光雷达测距的基本原理是，在测距点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲，激光脉冲到达目标后会反射回一部分被光功能接收器接收。
假设目标距离为L ，激光脉冲往返的时间间隔是t ，光速为c ，那么测距公式为L=tc/2。
时间间隔t 的确定是测距的关键，实际的脉冲激光雷达利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来确定时间t ，时钟晶体振荡器用于产生固定频率的电脉冲震荡∆T=1/f ，脉冲计数器的作用就是对晶体振荡器产生的电脉冲计数N 。
如图所示，信息脉冲为发射脉冲，整形脉冲为回波脉冲，从发射脉冲开始，晶振产生脉冲与计数器开始计数时间上是同步触发的。
因此时间间隔t=N ∆T 。
由此可得出L=NC/2f 。
图1 脉冲激光测距原理图2.2 相位法相位测距法也称光束调制遥测法，激光雷达相位法测距是利用发射的调制光和被目标反射的接受光之间光强的相位差包含的距离信息来实现被测距离的测量。
回波的延迟产生了相位的延迟，测出相位差就得到了目标距离。
假设发射处与目标的距离为D ，激光速度为c ，往返的间隔时间为t ，则有：图2 相位法测距原理图假设f 为调制频率，N 为光波往返过程的整数周期，∆ϕ为总的相位差。
相位测距原理
相位测距原理相位测距是一种非常重要的测距方法，在许多领域都有着广泛的应用。
相位测距原理是利用电磁波在空间传播的特性，通过测量波的相位差来计算距离。
在这种原理下，我们可以利用光波、无线电波等电磁波进行距离测量，应用于雷达、激光测距、通信等领域。
本文将从电磁波的传播特性、相位差的计算方法以及相位测距的应用等方面，对相位测距原理进行详细介绍。
电磁波的传播特性。
电磁波是一种波动现象，它在空间中传播时具有一定的波长和频率。
在自由空间中，电磁波的传播速度等于光速，即3×10^8米/秒。
电磁波的传播特性决定了相位测距的可行性，也为相位测距提供了理论基础。
相位差的计算方法。
在相位测距中，我们需要测量电磁波传播过程中的相位差，从而计算出距离。
相位差是指两个波的相位之差，通常用弧度或者角度来表示。
在实际测量中，我们可以通过测量波的频率、波长以及相位差来计算出距离。
这种计算方法在雷达、激光测距等领域得到了广泛应用。
相位测距的应用。
相位测距在许多领域都有着重要的应用价值。
在雷达领域，相位测距可以用于目标的距离测量，从而实现目标的探测和跟踪。
在激光测距领域，相位测距可以用于测量地面的距离、高度等参数，广泛应用于地质勘探、测绘等领域。
此外，相位测距还可以应用于通信领域，用于信号的传输和接收。
总结。
相位测距原理是一种重要的测距方法，它利用电磁波的传播特性和相位差的计算方法，实现了在许多领域的广泛应用。
通过对相位测距原理的深入了解，我们可以更好地掌握这一技术，并将其应用于实际工程中，为各行各业的发展做出贡献。
希望本文能够帮助读者更好地理解相位测距原理，并在实际应用中取得更好的效果。
脉冲相位法测距
脉冲相位法测距一、介绍脉冲相位法测距技术脉冲相位法测距技术是一种常用的测距方法，它利用电磁波在空间中传播的速度来测量目标物体与发射源之间的距离。
该技术具有精度高、稳定性好、适用范围广等优点，在工业生产、军事防卫等领域得到了广泛应用。
二、脉冲相位法测距原理1.电磁波传播速度电磁波在真空中的传播速度为光速，约为3×10^8m/s。
在不同介质中，由于介质对电磁波的影响，其传播速度会有所变化。
2.脉冲相位法测距原理脉冲相位法测距利用了电磁波在空间中传播的时间与其传播路径之间的关系。
当发射源向目标物体发出一个宽度很窄的脉冲信号时，该信号会经过空气等介质向目标物体传播，并被目标物体反射回来。
接收器接收到反射回来的信号后，可以通过计算信号往返的时间来确定目标物体与发射源之间的距离。
3.脉冲相位法测距误差脉冲相位法测距技术的精度受到多种因素的影响，主要包括以下几个(1)发射信号的宽度和形状(2)接收器的灵敏度和带宽(3)环境中介质的影响(4)目标物体表面反射特性(5)系统本身的噪声和干扰等。
三、脉冲相位法测距应用1.工业生产在工业生产中，脉冲相位法测距技术被广泛应用于定位、检测、控制等方面。
例如，在自动化生产线上，可以利用该技术对物料进行定位和检测；在机器人控制系统中，可以利用该技术对机器人运动轨迹进行精确定位。
2.军事防卫在军事防卫领域，脉冲相位法测距技术被广泛应用于雷达系统、导航系统等方面。
例如，在雷达系统中，可以利用该技术对敌方目标进行定位和跟踪；在导航系统中，可以利用该技术对飞行器进行精确定位3.医疗诊断在医疗诊断领域，脉冲相位法测距技术被应用于超声波成像系统中。
例如，在超声波成像系统中，可以利用该技术对人体内部组织进行成像和诊断。
四、脉冲相位法测距发展趋势随着科学技术的不断发展和进步，脉冲相位法测距技术也在不断完善和提高。
未来，该技术将会更加普及和应用于各个领域。
同时，随着新材料、新工艺、新装置的出现，脉冲相位法测距技术将会更加精确、稳定和可靠。
相位测距的原理
相位测距的原理相位测距是一种利用相位差来测量距离的方法。
它在激光测距、雷达测距、无线电测距等领域被广泛应用。
相位差是指两个信号的波形之间的相位差。
当信号中存在着两个相位差不同的波形时，可以通过测量相位差来确定波形的频率以及信号传输过程中所经过的路径或者距离。
相位差是通过测量信号的周期性变化来计算得出的，由于波形的周期性，我们可以认为相位差可以分为两部分：一个是整周期的相位差，另一个是不足一个周期的相位差。
在相位测距中，我们通常使用同一频率的两个相位差不同的波形进行测量。
假设信号的频率为f，则波形的周期T=1/f。
当两个波形的相位差为Δφ时，它们的相位差周期为T=Δφ/2π，得出一个重要的公式Δφ=2πfΔt。
在实际应用中，我们将一个周期的相位差看作一个标准，来衡量实际的相位差。
由于Δφ=2πfΔt，我们可以得到Δt=Δφ/2πf。
其中Δt表示传输路径的时间差，f 表示两个波形的频率。
在激光测距中，激光器发射出的激光束经过某个介质后，会受到介质的折射影响，导致激光束的传播速度发生改变。
当激光束照射到目标物上并反射回来时，接收器会接收到两个相位差不同的光波，通过测量这两个光波的相位差，可以计算出激光束传播的时间差，从而得出测量的距离。
在雷达测距中，雷达发出一束脉冲信号，并接收到由目标反射回来的脉冲信号。
通过测量发射和接收脉冲信号之间的相位差，可以计算出信号传播的时间差，从而得到目标的距离。
在无线电测距中，发送方发射出的无线电信号经过空气等介质传播到接收方，由于空气等介质的折射和反射，信号的传输速度发生改变。
通过测量发送方和接收方之间的信号相位差，可以计算出信号传播的时间差，从而得到距离的测量结果。
相位测距具有测量精度高、测量范围广、抗干扰能力强等优点，适用于多种不同的测距场景。
但同时也存在一些限制，如需要测量设备具备高精度的频率测量能力、对信号的相位差变化敏感等。
此外，在实际应用中，还需要考虑信号传播过程中可能遇到的干扰和衰减等因素。
距离测量
距离测量Distance Measurement距离是测量中一个重要观测量。
如何测量两点间的距离呢？今天我们一起来学习距离测量。
一、距离测量常用方法测量距离的方法有很多种，常用的方法主要有以下三种。
1、直接丈量Direct Measurement of Distance直接丈量是用通过鉴定的尺子（钢尺、皮尺等）直接量取两点的距离，再进行一系列改正（如尺长、温度、倾斜的改正等），最后得到两点间的平距；当两点间的距离大于尺长时，可以先量取整尺段数，最后再量取不足整尺长的尾数，对每段进改正后相加，即可求得两点间的平距。
丈量的主要工具是尺子，主要有钢尺和皮尺，钢尺的量距精度比较高。
精密量距时使用钢尺，皮尺一般用于地形的碎部测量。
除了尺子外，进行直接丈量时还需要一些辅助工具，如标杆、测钎等，精密量距时还需要弹簧秤和温度计。
在量距之前，为了满足量测的精度要求，必须进行尺长检定，求出尺长的改正值，以修正量距结果。
当地面上两点之间的距离较远时，用一个尺段不能量完，这时就需要在直线方向标定若干点，使它们在同一直线上，这叫直线定线。
直接丈量工具简单，但易受地形限制，丈量较长距离时，比较费时、费力。
现在使用的很少。
2、视距测量（T achymeter Measurement）用装有视距丝的仪器（如经纬仪、平板仪）配合标尺通过测量求得仪器到标尺点的距离的方法称为视距测量；它能克服地形的限制，工作起来方便灵活，但其测距精度低于直接丈量，且随距离的增大而降低；视距测量适合于低精度的近距离测量，广泛的应用于地形测图中。
视距主要有定角视距和定长视距。
（1）定角视距如图，在装有视距丝的仪器中，仪器中心对视距丝所张角ε固定，当仪器距标尺距离不同时，视距丝在标尺上截得的长度L不一样，利用L的不同来求出仪器到标尺的距离。
定角视距的具体计算原理方法和计算公式我们在学到《平板仪测图》时再讲。
（2）定长视距：如图，用经纬仪测定水平放臵的固定长度为L 的尺子AB 的两个端点A 和B 的张角ε，仪器视准轴与尺子正交。
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。
《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。
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2020/6/29
哈尔滨工业大学电子工程系
7
(a) 双相码
(b) 未调制的连续波波形 (c) 调制后的连续波波形
相位调制的连续波波形示意图
文献中常用双相码相移的不同表示方式：
同相(无附加相移)
反相(π弧度的相移)
+
-
+1
-1
0
1
2020/6/29
式中k一般为10-20数量级的因子
这样，一对频率f3、f1给出模糊但精确的距离计量，同时另一对频率f2、f1选的很 接近以解决在f3、f1测量时的模糊。如果还需进一步提高精度，可发射第四个频 率f4，从三个频率f1、f2、f3得到低精度但不模糊的测量用以解模糊。当用更多的 频率时其频谱和目标鉴别力将接近于用脉冲或连续波调频波形所得到的值。
测距仪的一种便携式电子勘测设备就是根据这个原理工作的。
2020/6/29
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6
相位调制连续波雷达
调相连续波雷达系统采用每经τ秒便将离散相移加至发射的连续波信号的方法来 形成相位编码波形，以测量目标的距离。
下面讨论宽度为T的雷达发射脉冲的编码，将宽度分成N个子脉冲，每个宽 度为τ =T/N，然后用载波的相位对这些子脉冲进行编码。通常有两种类型的相位 编码技术：
频差不能太大，故∆f的选择必须在测距精度、最大不模糊距离间取折衷(一对矛
盾)——采用多频方案加以解决。
2020/6/29
哈尔滨工业位法测距
利用发射三个或更多的频率代替两个频率可同时获得高精度和大的不模糊距离测 量。例如发射三个频率f1、f2、f3的关系为：
f3-f1=k(f2-f1)
u1(t) cos(0t 0 )
u2
u1(t
)
cos(0t
0
2R c
0 )
式中 0 是发射信号的初始相位，发射信号与
目标回波的相位差：
1
2
0
2R c
相位计 相位法测距雷达方框图
R c 4f0 4
R
c
4f0
4
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2
单频连续波相位法测距
只有在 不超过2 时相位差的测量才是不模糊的，由此可得最大无模
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8
Barker Codes
B.R. Mahafza et al, Matlab simulations for radar systems design, Chapman & Hall/CRC,
2202000/64/29
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9
2020/6/29
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f1
f d1 )t
4f 1 R0
c
1
u2R
cos2 ( f2
f d 2 )t
4f 2 R0
c
2
式中1,2 是各发射信号的初始相位，目标初始距离为R0、径向速度为vr，多普
勒频率fd1=2vr/λ1，fd2=2vr/λ2。由于f2=f1+∆f，∆f<<f1，则fd1≈fd2=fd。接收机将两个 回波信号分选出来，并分别与各自对应的发射波形进行差拍，取出两个多普勒频
用测量两个分开频率间的相位差方法进行测距，类似于干涉仪天线那样利用间隔 很远的两部天线，通过测量相位差来测量角度。干涉仪天线测角精度高，但有角 度模糊，可利用安置在较近的附近天线解决模糊问题。在干涉仪天线系统中各个 天线间的空间配置相应于多频测距技术中频率间的间隔。
连续波多频雷达已广泛应用于大地测量和导弹制导中进行精确测距。命名为微波
糊距离为 2。对雷达频率而言，此无模糊距离太小，没有实际意义。
实际中目标回波信号中还存在一个由于目标反射引起的相位变化量，此 量是未知的，故简单连续波雷达不能直接用来测距。
D.K. Barton et al, Radar Technology Encyclopedia, Artech House, Inc., 1998
单频连续波的相位法测距
前面讲过简单的连续波雷达不能测距，但在一些情况下测量回波信号与 发射信号间的相对相位进行测距也是可能的，下面具体分析：
2020/6/29
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1
单频连续波相位法测距
发射机 A
接收机
设单基地雷达位于A点，目标位于B点，两者 距离R，若发射、接收信号分别为：
目标B
二进制相位(双相)码：可简单地用正号+、负号-表示，正子脉冲标志表示没有相 移，而负脉冲标志表示载波有π弧度的相移，即反相。
多相位码：在子脉冲基础上的相移为 i
2
M
i
式中M为码的阶数，如Frank码
i 0,1, , M 1
由于两种类型编码技术确定距离的原理相同，这里主要研究较简单的双相码。常 用的二进制相位编码有：
同，故两信号间相对相位差增加。此相位差可用作所经过的时间的量度。当两信
号在相位上相差又同相时，则相位的测量及距离的测量都将存在模糊。
缺点：
1、由于在同时只能测量一个相位差，故连续波双频雷达基本上是单目标雷达。
2、双频连续波雷达理论测距精度由距离的均方根值误差表示为：
R
c
4f (2E
N0 )1 2
上式表明两射频信号频率差∆f越大则均方根值误差越小，但由于无模糊测量要求
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无相位编码时 的自相关函数
Barker码B13 的自相关函
数
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引自：林茂庸，柯有安编著，雷达信号理论，国防工业出版社，1984. 11，P163
2020/6/29
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Combined Barker Codes
{00010,00010,11101,00010}
2020/6/29
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3
双载频连续波相位法测距
采用发射多频信号可增大最大无模糊距离。下面分析两个频率相差很小的连续波
信号情形——假设发射波形包含两个频率为f1、f2，两频率差∆f的连续正弦波 ：
u1T cos(2f1t 1 ) u2T cos(2f 2t 2 )
u1R
cos2 (
率成分为：
u1D
cos2fd t
4f 1 R0
c
u2D
cos2fd t
4f 2 R0
c
相位差
4 ( f2 f1)R0 4fR0
c
c
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4
R0
c
4f
最大无模糊距离
Rmax
c 2f
结论：双频连续波雷达最大无模糊距离为差频的半波长。
定性解释：
R
c
4f
在零距离上两个载频同相位，当它们由雷达向外发射时，由于各自频率不