相位式激光测距的FFT与apFFT鉴相研究

为实现亚毫米精度相位式激光测距的鉴相,根据FFT与apFFT的鉴相原理,通过仿真考察两者在高斯白噪声和频率偏移影响下的鉴相性能,并考虑采样点数问题.仿真结果表明:在采样点数相同、频率偏移小的情况下,FFT比apFFT鉴相更准确.在测距速率10 KHz,信噪比35 dB,归一化频移量0.02,调制频率50 MHz时,FFT的测距标准误差为0.76 mm.因此使用FFT鉴相满足相位式激光测距的高速、高精度要求.     

基于欠采样的激光测距数字鉴相方法

欠采样方法为实现全数字化接收、降低激光测距系统复杂性提供了有效途径。针对传统欠采样数字同步解调法引入干扰大的缺点,为提高系统的测量精度,提出了欠采样频域谱分析鉴相法。方法基于Nyquist采样谱分析鉴相思想,通过对欠采样后搬移到低频的频谱成分进行分析获取相位信息实现鉴相,在抵抗干扰方面具有较好的性能。在加入信噪比40 dB、杂散频率、0.1 MHz频率偏移、2次谐波的综合影响因素后的仿真结果表明,在1 MHz测距速率下,欠采样谱分析鉴相法精度为0.13,调制频率80 MHz时测距精度为0.68 mm,优于传统的欠采样数字同步解调法。因此,欠采样谱分析法更适用于高速、高精度的数字化相位差测量,提出的实现方案具有实际意义。     

矢量内积法高速相位式激光测距技术

测量速度和测量精度是相位式激光测距系统的两个重要指标。针对高速高精度测距需求,研究了基于矢量内积(Vector Inner Product, VIP)法的高速数字鉴相方法,从鉴相计算的点数、鉴相计算速度和鉴相精度等方面对VIP法的鉴相性能进行了仿真分析和实验测试,并与传统的数字频域鉴相法(Discrete Fourier Transform, DFT)进行了性能对比。仿真和实验结果表明,VIP法具有更高的鉴相速度和鉴相精度,当信号调制频率为50 MHz时,基于高速采样板卡实测得到的鉴相精度优于0.1°,测距精度0.2 mm以内,相同计算点数VIP法的鉴相处理速度是DFT法的3倍。研究结果表明,VIP法具有鉴相精度高、鉴相速度快的优点,适用于高速高精度激光测距系统。     

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。     

相位式激光测距全相位谱分析鉴相算法

为降低相位式激光测距的鉴相偏差,以余弦信号为对象深入研究全相位谱分析鉴相的性能。将余弦信号分解为指数形式进行频谱变换,得出负频率会引起谱分析鉴相偏差,但全相位谱分析的频谱泄漏远小于传统傅里叶变换(FFT)法,仿真时鉴相偏差降为后者的1‰。从信噪比增益角度研究窗函数对鉴相精确度的影响,分析表明,归一化频率偏移量绝对值小于0.3时,采用矩形窗的全相位谱分析鉴相方差最小,可达克拉美罗下限的1.3倍。实验结果表明,在测距系统中可忽略全相位谱分析鉴相的偏差,当信噪比为34 dB时,每秒百万次鉴相的精确度为3.3 mrad,测距精确度达1 mm,全相位谱分析适用于高精确度相位式激光测距。     

一种基于相位测量的快速高精度大范围的激光测距法

为满足快速、高精度和大范围的激 光测距需求,分析了现有单频和多频相位激光测距方法存在的 问题,提出了基于降频及高精度测时技术的 相位激光测距方法,并根据测距 要求以及按照测尺频率、测时精度和参考频率的顺序建立了测距系统参数选择模型,进而 按照测距参数需求搭建了实 验系统。实验表明,在300kHz单频测尺、260kHz参考频率和50ps测时精度条件下,实验系统具有500m测距范围、1.08mm 测距精度和0.03～0.04s测量速度,可为快速、高精度和大范围测距 奠定基础。     

一种基于数字鉴相原理的高精度无线测距系统设计

对目标的距离进行精确地测量是导航、测控等领域必须有效解决的重要问题.利用基于FFT的数字鉴相方法和自乘倍相原理设计了一种应答式侧音测距系统.实验结果表明该设计方案的测距精度优于5cm,充分体现了侧音测距精度高以及数字鉴相能在较低信噪比下准确地估计相位的优点;同时连续波系统的收发隔离问题也得到了有效的解决.     

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。     

基于欠采样谱分析的激光拍频相位式测距方法

介绍了一种高精度相位式测距方法,载波通过双频氦氖激光器加偏振器产生1.08 GHz光强调制的拍频信号来实现,以克服半导体激光器的调制带宽限制,从而提高测距精度。为降低高速ADC实现难度,根据带通抽样定理,采用欠采样的方法采集波形数据,分析了其理论依据;然后通过全相位谱分析法对采样数据进行鉴相,并重点分析了鉴相数据的截取问题。搭建系统实验,在采样率为50 MSa/s时,157个欠采样数据就能实现0.1 mm左右的测距精度。实验表明,应用欠采样全相位谱分析法,以远低于测尺频率的采样率采样依然能实现高精度测距。     

干涉解调鉴相测距法

针对相位法激光测距技术中其测量精度与测量范围 不能够同时兼顾问题,提出干涉解调鉴相测距系统。经过理论推导与实验验证表明,干涉解 调鉴相测距系统中的 偏振光干涉解调的方法能够代替传统的模拟鉴相系统,简化了模拟鉴相电路,减小了鉴相系 统中的附加相 移噪声;小步进改变调制频率扫频的方法能够解决相位测距系统中的模糊距离问题;干涉解 调鉴相测距系 统的测距精度能够达到10－5量级。