改进型相位式激光测距电路的设计

为了提高无合作目标的相位式激光测距系统的稳定性和精度,并简化测距系统,设计了一种相位式激光测距系统的发射和接收电路.采用了双频调制、直接数字频率合成器(DDS)、差频测相技术等原理.进行了理论的研究、分析和实际的电路实验.利用DDS产生的正弦波信号进行调制发射,并且对非合作目标反射回来的激光信号进行接收、调理,并进行数据处理.在设计中,优化了系统的调制发射电路,采用新的光电探测器和高压偏置电路,增加简单实用的自动增益控制(AGC)模块等.实验结果表明,该测距系统简单有效,具有较高的测量精度和稳定性.     

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FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统设计

针对传统相位测距系统精度不高和结构复杂等缺陷,设计出一种基于FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统.该系统首先设计了激光发射和接收部分的光学结构,其次设计了硬件系统中的光电检测电路和混频电路,最后采用数字转换芯片TDC-GPX2测量发射信号和反射信号的时间差,并以FPGA为核心处理器进行数字鉴相将时间差转化为相位...     

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。     

激光传感通信技术的智慧医疗监测系统

将激光传感通信技术应用在智慧医疗监测领域,设计高监测精度、高传输速率的智慧医疗监测系统。利用激光传感技术设计体温测量模块,模块采用F-P腔匹配滤波解调方法,泵浦源发射光产生宽带光在谐振腔生成激光,抵达光栅后原路反射到达F-P腔中心波长解调,光电探测器接收光栅反射光与F-P腔透射光的卷积,获取体温监测信号;激光跳频通信模块FPGA以串口为中介发送、接收医疗数据,模块的ASK基带编码激光调制依据调制激光循环频率随调制信号基带频率的变换的原理,计算可变基频调制信号,实现医疗数据通信传输。得到以下实验结论:体温测量模块能够提升中心波长,节约模块测量人体体温用时;激光通信模块可连续传输医疗数据,运行稳定。     

相位激光测距技术及其应用

通过测量连续调制的激光信号在待测距离上往返传播所发生的相位变化,间接测量出时间以达到测量距离的目的,这就是相位激光测距,高频调制激光的获取与相位差△φ的精确计算是系统设计的关键。随着半导体激光器技术瓣发展,高频信号可直接对发射激光进行调制;而利用差频测相技术可将高频测相转化为低频测相,从而大大提高相位差的测量精度。     

基于μC/OS-II的嵌入式激光测距系统

本文介绍一种基于ARM9的激光测距系统的硬件原理设计和软件设计方案。以ARM9处理器为控制核心,采用相位法激光测距技术,首先用正弦信号调制半导体激光器的发射激光,然后将被测物反射的激光用光电探测器转换为电信号,采用相位测量技术测量出发射信号与接收信号的相位差,从而计算出与被测物的距离。最后使用实时操作系统μC/OS-Ⅱ作为系统控制核心,以确保测量精度。     

双栅场效应管混频器在相位法激光测距中的应用

相位法激光测距机采用混频移相测相的方法来测量本地发射信号与接收的回波信号之间的相位差,通过相位差计算测量距离.由这个原理可知,当对测量精度要求较高时,对高频下的混频器的两路输入信号隔离度的要求也提高了.采用双栅场效应管作为相位法激光测距机的混频器,能达到很好的混频效果,可有效地克服由于混频器隔离度不够高造成的混频干扰,为高精度的距离测量提供了必要条件.试验验证了电压隔离度在27 dB（500倍）以上,适合做高精度相位法测距机的混频器.     

应用欠采样原理提高相位式激光测距精度

在激光测距中,测程和测量精度一直都是一对矛盾体.在保证测程的同时,提高测量精度是本次设计的关键所在.相位式激光测距的传统思想是将高频信号进行混频之后得到频率较低的差频信号,使用FFT得到相位,但是信号经混频后会带来幅度的衰减和相位的偏移.为了解决该问题,提出一个新的思路,利用欠采样技术与同步检测原理改进测相方法,降低数据处理的复杂度,提高相位检测的精度.用MATLAB仿真有白噪声和其他干扰信号存在时欠采样技术测量相位的精度,经过误差分析之后进行改进并与传统的方法进行了比较.     

基于大频差双频激光的发动机叶尖间隙测量技术

针对发动机叶尖间隙测量的复杂应用环境和高精度 要求,设计了基于大频差双频激光的叶尖间隙测量方案和系统。 依据相位法激光测距原理,选用大频差双频激光获得高频调制信号,采用光纤传输,设计了 高频弱光信号处理系统,采用全 相位傅里叶变换得到测量光路和参考光路的相位差,进而反算间隙。测量模型分析表明,系 统的精度主要由鉴相精度和测 尺精度决定,而与叶片、电磁干扰等大部分环境因素无关,可实现静态、动态标定和测量。 解决了非接触高速旋转叶片叶尖 间隙测量中无法动态标定和恶劣环境下众多噪声干扰等问题。系统测距精度为34.26μm,相位差标准差为0.257 。     

利用TDC-GP21的高精度激光脉冲飞行时间测量技术

采用微小时间间距测量芯片TDC-GP21设计实现了高精度激光脉冲测距系统。详细论述了TDC-GP21的工作流程与外围电路,研究了光信号接收与放大电路,并对跨阻放大器理论进行了详细的理论论述与分析。同时,讨论了三角波定比延时脉冲时刻鉴别法,降低了系统对激光器回波信号幅度变化的要求。经实验测试获得了厘米量级的激光脉冲测距系统。系统结构简单,可实现程度高,精度高,功耗低,体积小,可以满足高精度距离测量需求。     

猫眼逆向调制激光通信接收放大电路的设计

猫眼逆向调制激光通信由于通信速率高,回波信号微弱,对接收放大电路提出了低噪声、高增益和宽带宽的严格要求。首先分析了猫眼逆向调制激光通信链路模型和信噪比对误码率的影响。然后,根据系统设计指标分析了电路的带宽、增益和噪声限度等性能参数;在此基础上设计了由跨阻放大模块和增益可变主放大模块构成的接收放大电路。最后,计算了电路的总噪声,并对电路的响应特性进行了仿真。该接收放大电路的带宽达到140 MHz,信号增益大于70 dB,总噪声电流约为1.34×10~(-7)A。结果表明,该设计能满足系统后续的数据处理要求。     

基于FPGA的超声波传感器前端电路设计

超声波传感器广泛应用于风速、风向的测量,前端电路的设计直接关乎系统性能的好坏.为达到稳定的驱动效果,驱动电路采用了低压驱动方式.为能接收稳定、准确的超声波信号,设计了接收及信号处理电路,进行接收抗干扰限幅处理、前置放大、带通滤波、自动增益控制放大和电压比较,将所接收的超声波交变电压信号转换成可供FPGA 直接使用的数字信号.实验结果验证,各个电路模块的设计均满足系统要求.     

一种用于TDC的低功耗多相时钟生成电路北大核心

在无人机3D地形测绘中，作为核心模块的时间数字转换器(TDC)需要具有远距离测量能力和高测量分辨率。基于对测距系统的长续航、公里级测距能力和厘米级测量精度的综合考量，文章设计了一种用于TDC的低功耗多相位时钟生成电路。采用了伪差分环形压控振荡器，通过优化交叉耦合结构，在保证低功耗的前提下，提升了信号边缘的斜率，增强了时钟的抖动性能和对电源噪声的抑制能力。在电荷泵设计中，通过对环路带宽的考量选取了极低的偏置电流，在进一步降低功耗的同时缩小了环路滤波器的面积。基于SMIC 180 nm CMOS工艺完成了对多相时钟生成电路的设计。仿真结果表明，在400 MHz的输出频率下，环路带宽稳定在1 MHz。该电路在不同工艺角下均能达到较快的锁定速度，相位噪声为-88 dBc@1 MHz,功耗为1 mW,均方根抖动为27 ps,满足厘米级测距的精度需求。     

近距离脉冲激光探测接收和处理

针对几十米到几百米区间的目标探测,提出了近距离脉冲激光探测接收和处理的一种设计方案。对探测接收光学系统和自动增益控制曲线进行了详细设计,对双透镜组合焦距进行了分析计算,并采用软件仿真方法对接收光学系统进一步验证优化;在自动增益控制曲线设计中,针对AD558芯片特点,阐述CPLD芯片中自动增益控制电路和放大电路的设计,并对自动增益控制曲线电路进行了仿真。试验证明探测效果较好。     

水下高重频激光测距系统设计与实现

高重频水下激光测量系统可实现对水下小目标高精度探测,是实现海底地形地貌测绘、无人潜航器避障的基础。为实现对水下渔网、三角锥等弱小目标的高精度探测,设计了一款小体积、高精度的高重频水下激光测距软硬件系统。通过对APD的实时信号响应能力、光谱灵敏度等重要性能参数的研究,设计并实现了基于SAE500VSM光电探测器的高增益激光接收硬件电路。开展了水下不同距离的激光测距探测实验,结果表明,高重频激光测距系统能够对水中小目标进行有效探测,探测精度为15cm。     

无线激光图像传输收发电路的设计与实现

设计并实现了激光发射与接收电路模块,每个模块主要由激光收发电路、数据处理器、存储器和视频转换电路等4部分组成,具有体积小、使用灵活的特点.重点介绍了622 Mbit/s高速激光收发电路的设计.研究并实现了对视频数据流的时序控制,如有效图像数据的提取与重新组合、存储等,采用曼彻斯特编码保证了激光信号接收与时钟恢复的稳定.在使用一组简易光学天线的情况下,理论通信距离大于6 km,并成功地完成了距离大于100 m的实验.结果表明:该系统可以稳定地传输图像,适合地面短距离高速接入等应用,为进一步研究无线激光通信技术提供了实验平台.     

基于不同放大电路的高重频激光干扰效果分析

为了对高重频激光干扰效果进行评估,首先基于不同的放大电路导引头分析了高重频激光干扰机理,简述了高重频激光干扰牵引效应;然后分析了激光导引头大动态范围信号放大的必要性,介绍了两种常用放大电路的原理;最后采用基于自动增益控制电路和对数放大电路的方法,对高重频激光干扰效果进行了分析。结果表明,高重频激光干扰是一种非常有效的干扰方式,但具体作用方式因导引头采用放大电路的不同而不同;自动增益控制电路由于存在增益调整时间,不能完成对信号的瞬时放大,高重频激光干扰会导致制导信号被屏蔽;对数放大电路会造成信号脉冲展宽,降低系统信噪比和4路信号一致性,使激光导引头易被高重频激光干扰。该研究结果对高重频激光干扰效果评估具有重要意义。     

CDMA2000基站GPS/GLONASS同步的可编程逻辑实现

给出了一种用于第三代移动通信系统(3G)CDMA2000基站的时钟同步方案。由一个双星接收卡接收GPS/GLONASS标准秒信号作为整个时钟同步系统的参考,分两级锁相环实现。该设计保证了输出时钟的长期稳定性和短期稳定性,满足协议所规定的同步精度。详细介绍了数字鉴相器、2s产生电路、相差检测及控制电路的电路设计和有关仿真结果。