相位激光测距技术研究概述

文章简述了相位激光测距技术的原理，就激光测距研究中关键技术研究状况做了详细阐述。介绍了相位式激光测距仪的发展历史和最新进展，并就相位测距技术的研究发展方向做了分析。     

正交混频相位式激光测距方法与系统实现

针对传统的二次混频式激光测距仪鉴相精度不高,难于消除系统误差等问题,提出了正交混频相位激光测距法,利用成熟的正交调制技术进行激光光强的幅度调制,提高了基于二次混频原理的激光测距仪的鉴相精度,并且通过改变低频信号相位来获得两个相对很小的频差,易于消除系统附加相移,大大简化了二次混频式激光测距仪的硬件设计。详细阐述了基于正交混频相位测距方法的激光测距原型机设计要点。系统原型机设计方案采用了集成度很高的正交调制芯片完成,结构紧凑没有冗余元件。原型机实验精度达到±1.52mm,在62.5MHz频点下测相精度达到0.042°,并且可以很方便地通过加入多频调制的方法大大提高测量距离,是采用二次混频法进行相位激光测距的优秀解决方案。     

基于图像的水下三点激光测距方法研究

基于光学成像原理和激光三角测距法,提出将三个点激光器与水下相机结合、根据水下光学图像对水下目标物距离进行测量的思路。建立了激光束与目标物垂直、与目标物之间存在旋转角、存在俯仰角三种情况下的三点激光测距理论模型,推导了目标物距离与水下激光光斑图像之间的数学关系,在此基础上得到了三种情况下的三点激光测距公式。研制了系统样机,并通过空气中和水下的距离测量实验,测试了测距模型和定标算法的误差。实验结果显示,在8.4 m范围内,使用统一测距公式对距离进行测量时,测距误差最大值约为35 cm,平均测量误差小于15 cm。研究成果可望用于水下目标较近距离的精确测距。     

基于Matlab的相位式激光测距研究

基于相位式激光测距系统的基本原理和鉴相方法,采用双调制频率的方法解决了测量距离和测距精度之间的矛盾,采用差频鉴相的方法减少电路复杂度。首次基于模块化的思想,运用Matlab的Simulink工具实现了系统的原理分析,对频域数字测相、数字同步解调测相法和自动数字测相法进行了比较。从理论上证明了实现一个高精度、快速相位式激光测距系统的可行性,为下一步实际设备研制奠定了基础。     

非合作目标脉冲相位式激光测距仪的测程研究

对于非合作目标的中程距离测量, 从测距范围、测量精度、速度和可靠性的折衷方面来讲, 脉冲相位式激光测距法优于常规的脉冲法测距和连续波相位法测距。在脉冲相位式激光测距中提出采用连续发射的正弦调制脉冲信号提高发射激光的峰值功率以提高测程, 但发射激光的平均功率被保持很低保证了发射激光对人眼的安全。同时根据硅雪崩光电二极管(Si-APD)噪声谱密度理论, 设计了具有温度补偿和反馈电阻噪声补偿的激光测距仪前放接收模块, 详细分析了背景光, 反向高压和反馈电阻对于Si-APD接收性能的影响。实验表明：根据该方法设计的前放接收模块使测距仪接收系统获得最大信噪比, APD工作在最佳倍增状态,从而提高测距仪的探测灵敏度和最大测程。     

大量程脉冲激光测距仪性能检测方法

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求,提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号,以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率,在此基础上建立回波功率的数学模型,并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时,使得距离模拟与能量模拟自成回路,实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明:设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟,回波延时精度优于2 ns,最大测程的测准率可达90%,满足了激光测距仪性能测试的检测需求。     

基于普通激光笔的激光测距装置的设计

一种非接触式简易激光测距装置被设计并进行了相关测试。该装置以普通激光笔作为激光源,结构简单,操作方便.它基于相位式激光测距原理,能对目标距离进行准确测定。     

一种提高相位激光测距精确度的方法

描述了一种采用相位式激光测距提高测距精度的方法，给出了采用相位式进行激光测距的原理，指出了采用单一频率进行测距时存在的矛盾，从而提出了在单一频率的基础上添加多个辅助频率进行测距，分析了采用多个辅助频率进行相位激光测距的原理，并对采用该方法进行了精度分析。从分析的结论看，采用的辅助频率个数越多，则越能提高测距精度，同时该方法还能提高测量范围，解决了单一频率测量时的矛盾，达到了测距时高精度、大范围的工程应用要求。     

室内高速激光三角测距技术的设计与实现

为了实现室内大范围环境激光测距,采用三角测距原理设计了一套高速激光测距系统。该系统采用高分辨率线性CCD传感器采集环境信息并输出二值化信号,由32位单片机对二值化信号进行处理,利用分段拟合法得到的距离解算算法对二值化信号进行解算,从而得到激光光斑与测距模块镜头中心的距离;最后进行了实验验证。结果表明,测距仪具有714Hz的测量频率,最大测量距离为6311mm,最小测量距离为48mm,平均误差为2.8mm,最大测量误差为11mm。该测距系统可满足室内大范围环境测量的要求。     

脉冲式激光水下测距数字检测技术研究

文中针对激光水下测距信噪比低、回波信号提取困难的问题，采用数字检测技术进行处理，大幅提高了检测信噪比和激光水下测距能力，同时拓宽了激光测距的应用范围。     

脉冲飞行时间激光测距系统中周期误差补偿

在以正弦波为测量基准信号的激光脉冲飞行时间测距系统中,由于高频信号之间的串扰或器件非线性等因素的影响,将产生脉冲飞行时间周期误差,导致测距精度降低。为此提出了一种利用测距仪在一定距离条件下的测量数据计算定时误差的方法,通过最小二乘法拟合构造出一条含误差补偿功能曲线,并将该曲线进行离散化处理,将离散化数据存入单片机内,在距离测量时以含误差补偿功能曲线作为测量基准,实现对脉冲飞行时间周期误差的补偿。该方法具有原理简单、数据可靠、操作方便等优点。所研制的激光脉冲测距仪经过误差补偿后,测距误差小于3 mm。     

半导体激光测距仪用双脉冲电路设计

针对采用单脉冲便携式激光测距机难以测量中远距离的缺点,设计出用于半导体激光测距仪的大电流双脉冲驱动电路,利用二值化高速数据采集方法实现了测距功能。应用该电路制作的便携式测距原型机,在无合作目标的情况下,整机系统测量距离达1750 m,命中率高达95%以上。经过测试表明,双脉冲测距电路具有功耗低、测量距离远、命中率高、测试方便等特点,具有实际使用价值。     

高精度激光动态测试技术研究

在星载激光测距仪的研制过程中,如何通过地面检测方法对 测距仪的各项性能指标进行测试,是一项重要的工作内容。根据脉冲式激光测 距仪的工作原理,设计了一套基于光电延时法的高精度动态测试系统,并对影响系 统精度的系统误差进行了分析,最终实现了对激光测距仪测距精度的测量。与传 统的测试方法相比,该方法具有模拟距离动态范围大、精度高等特点。实验结果表明,这种测试系 统的模拟距离范围可达15 m～30 km,模拟精度优于0.15 m。由于操作简易且实用性强,该系统可以满足 目前各种激光测距仪的测试需求。     

激光多周期测距方法

介绍了脉冲激光测距的工作原理，分析了脉冲激光测距存在的问题。在此基础上提出了激光多周期测距方法，即用接收到的回波信号驱动发射激光主波脉冲，从而形成振荡，通过测量多个周期内的时间积累后取平均而计算距离的一种方法。阐述该方法的基本工作原理，并就提高测量精度的方法和影响因素进行了分析。给出了实现该方法的系统组成框图，分析了提高其精度的关键技术，实验证明该方法是一种成本低，测量速度快，精度高的短距离测距新方法。     

激光测距仪距离模拟源技术研究与精度分析

在对激光测距仪进行性能测试时,需要输入高精度、稳定且可调的仿真距离测试值.对激光测距仪的地面距离模拟源技术进行了研究,设计了集成激光接收和发射单元的距离模拟源系统,通过使用同步时钟计数的方法实现长度可实时输入的延时,以模拟激光测距仪从激光发射到接收激光回波间的时间间隔,并对影响距离模拟精度的系统误差和随机误差源进行了分析和计算,最后通过高精度时间间隔测量装置对距离模拟源进行了实际模拟精度的测量,验证了距离模拟源提供的距离值的绝对精度和相对精度.     

相位激光测距仪频率综合电路研究

本文以多频率测距的长距离相位激光测距仪电路为基础,提出了采用一只高稳定度标准频率晶体振荡器来直接进行频率综合的一种新电路。分析了该电路的优点、性能和技术指标。证明该设计方案切实可行。     

相位激光测距中相位测量与误差分析

激光方向性强,单色、相干性好,这些特点使得激光测距可以应用在多个领域。由于相位法测距可以达到较高的精度,因此相位法测距成为激光测距的首选。文中根据激光测距的特点,从几方面对相位法测距进行了改进和优化。在保证精度的前提下,减少了对单片资源的消耗,使激光测距系统有更快的响应速度和更多的资源进行功能扩展。通过仿真验证,文中所提方法达到了预期效果,并可根据不同精度需求,灵活地设计程序。