手持式激光测距仪的设计

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

1 前言 (3)

1.1激光测距研究及发展现状 (3)

1.2课题的研究目的和意义 (4)

1.3课题研究的内容 (7)

2 相位式激光测距技术研究 (7)

2.1相位式激光测距技术原理 (7)

2.2相位式激光测距多测尺原理 (9)

2.3差频测相原理 (11)

2.4自动增益控制原理 (12)

2.5光电探测器 (13)

3 相位式激光测距仪控制电路的设计 (18)

3.1相位式激光测距仪的整体设计 (18)

3.2光电检测器的选择 (19)

3.3APD高压偏置电路的设计 (20)

3.4温度补偿电路 (23)

3.5自动增益控制电路AGC (27)

3.6混频电路 (32)

4 相位式激光测距仪软件系统设计 (34)

5 仿真结果及分析 (35)

5.1APD高压偏置电路的仿真结果及分析 (35)

5.2自动增益控制电路的仿真结果及分析 (39)

6 结论 (42)

参考文献 (43)

致谢 (43)

附录 (48)

手持式激光测距仪的设计

摘要:本文首先介绍了相位式激光测距仪的研究背景、意义，总结和概括了激光测距的有关理论基础，并且介绍了相位式激光测距仪的测距原理，提出了测距系统的实现框图；接着围绕接收系统的性能开展深入研究，主要研究探测器件的选择，偏压电路、混频电路、自动增益控制电路的设计等问题；利用Proteus技术对APD偏压电路和自动增益控制电路进行仿真，通过仿真结果不断完善设计，并对这一设计进行研究、发展和创新，使得测距系统的测量精度得到了很好的保证及提高，降低了硬件成本，简化了控制电路。

关键词: 激光测距；雪崩二极管；相位；混频；自动增益控制

Design of Hand-held Type Laser Rangefinder

Abstract:This paper started from the background, the purposes, meanings of phase-shift laser ranging, then summarized the related theoretical basis of it. The principle of phase laser ranging and a practical ranging system is discussed. This paper concentrate on the researh of improving the porperty of receiving system. Lots of research have done on choosing detection element，design of the bias circuit and automatic gain control circuit. Then，the proteus is used for simulation of them. With the help of the simulation, the design was improved,and with the research, development and innovation of the technology, we have ensured and developed the measurement accuracy of the ranging system, reduced the cost of the hardware and simplified the control circuit.

Key Words:laser ranging; avalanche diode; phase; mixer circuit; automatic gain control

1 前言

在各个应用领域中，随着我国科学技术的日益发展，对距离量的测量要求愈来愈高。为了追求测量范围高和测量精度高的结合，人们不停的研究新的测量方法。20世纪激光技术作为最重要的发明之一与原子能、半导体及计算机齐名。三十多年来，以激光器为基础的激光技术在我国迅速发展，导致了光学及其应用技术的巨大革命。

激光与普通光源有显著的差别，所发射的光束具有一系列新的特点：激光有小的发散角，即方向性好或准直性好；激光的单色性好，即相干性好；激光的输出功率虽然有限，但是功率密度很高，一般的激光亮度要比太阳表面的亮度大。上述的激光的特点使其成为测距的理想光源，而半导体激光器功耗小、体积小、光源和调制器合为一体，与此同时，现代电子技术的飞速发展和光电器件性能的不断提高，使激光测距仪成为距离测量的主要仪器之一。

与其它测距技术相比，激光具有角分辨力高、抗干扰能力强，可以避免微波贴近地面的多路径效应和地物干扰[1]问题，并且具有天线尺寸小、质量轻、结构小巧、和安装调整方便等优点。以上各种原因使得激光测距在测量领域得到了青睐，被迅速推广应用，使激光测距仪成为目前高精度测距最理想的仪器之一。

1.1 激光测距研究及发展现状

最早的激光测距技术应用于军事中，1961年世界上第一台激光测距机于诞生在美国休斯飞机公司，1962年第一台军用激光测距机成功地进行了示范表演，之后该公司相继研制成几种军用激光测距机在部队进行试验和鉴定，证明激光测距机可作为一种新的测距仪代替原装备的光学测距机。经过30年的发展，军用激光测距仪己经更新了两代，研制发展了三代。第一代激光测距机采用发射0.6943um红外红宝石激光器和光电倍增管探测器，因其隐蔽性差、效率低、体积大、重量重、耗电多，很快便被第二代激光测距机取代。第二代激光测距机采用发射1.06um近红外钕激光器和硅光电二极管或硅雪崩光电二极管探测器,比第一代隐蔽性好、效率高、小巧、耗电少，因此第二代激光测距机的小型化研制进展迅速。第三代激光测距机即人眼安全的激光测距机。目前已研制成工作波长为10.6um和1.54um的三种不同类型的各种型号的人眼安全激光测距机，己进入生产和应用阶段。与此同时激光测距技术也逐渐应用到民事领域。

从20世纪70年代初至今持续了近30年，国外许多大学，研究机构和公司都开展了这方面的研究工作。研究最早的是芬兰奥鲁大学电器工程系和芬兰技术研究中心，研究内容从各分系统到整机及其应用，并且与美国、俄罗斯几家著名公司联合开展了应用研究，其产品涉及工业、航天、海洋及机器人视觉等许多方面。美国有多家著名