資源描述：
《精密相位激光測距儀的設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、《激光雜志》1998年第19卷第6期LASERJOURNAL(Vol119,No611998)39精密相位激光測距儀的設(shè)計(jì)張?zhí)幬浜鷮W(xué)同(江蘇省淮陰工業(yè)?？茖W(xué)校電氣工程系,淮陰223001)提要:本文在論述了精密相位激光測距的理論依據(jù)的基礎(chǔ)上,著重對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的誤差進(jìn)行了較為深入的分析與討論,并據(jù)此提出了小型相位式激光測距儀的設(shè)計(jì)方案及相位鑒別與統(tǒng)計(jì)處理的方法,最后進(jìn)一步給出了提高系統(tǒng)精度的修正措施。關(guān)鍵詞:激光測距,信號(hào)處理,窄帶濾波,正態(tài)分布Thedesignofprecisionphaselaserdis
2、tancegaugeZhangChuwuHuXutong(Huaiyinindustrycollege,Huaiyin223001)Abstract:Theauthorsanalysisthesystematicerrorsindetailbasedonthetheoryofprecisionphaselaserdistanceranging.Thedesignoftheminiaturephaselaserdistancegaugeisputforward.andalsothemethodtoprocess
3、staisticsandphasediscriminationisintroducedsimultaneously.Atthelastpoint,thecorrectiontoaccuratethesystemisgivenout.Keywords:laserranging,signalprocess,narrow2bandfilter,normaldistributionX1引言其表達(dá)式具有與(1)、(2)類似的形式:E11=E1mcosωt(4)考慮到光的量子屬性,對(duì)光電信號(hào)的統(tǒng)計(jì)E21=E2mcos(ω
4、t-Φ)(5)特性作最嚴(yán)格、最透徹的描述導(dǎo)致最一般的分光敏器件的光電流的基頻分量正比于E21,因布律———拉蓋爾分布。在強(qiáng)信號(hào)的條件下,此〔1〕此,分布可以足夠精確地用正態(tài)分布來近似。i(t)=Imcos(ωt-Φ)(6)而正態(tài)隨機(jī)過程通過線性系統(tǒng),其輸出仍是正態(tài)分布的〔2〕,這一特性在光電測距中可以作為從而u2(t)=U2mcos(ωt-Φ)(6)′系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。據(jù)此,作者設(shè)計(jì)了一個(gè)小型調(diào)制信號(hào)源自振蕩器,因此有振蕩電壓信號(hào)的相位式單頻激光測距儀,其精度可達(dá)10-6,u1(t)=Umcosωt(7)能夠滿
5、足一般大地測量、運(yùn)動(dòng)測量的要求。顯然測出了光電流信號(hào)相對(duì)于振蕩電壓信號(hào)的相位差Φ,即測得了距離l。2相位式光電測距原理以上討論僅僅針對(duì)光強(qiáng)變化,我們并不關(guān)一調(diào)幅光束通過被測體反射,返回光敏器心光振動(dòng)本身的相位變化,因?yàn)槿魏维F(xiàn)有的光件,設(shè)發(fā)送與接收光束的光強(qiáng)分別為:敏元件(如光敏二極管)都不能直接響應(yīng)高達(dá)E1=E1m(1+m0cosωt)(1)1410Hz量級(jí)的光頻振動(dòng)。E2=E2m〔1+m0cos(ωt-Φ)〕(2)式中,Φ為接收光強(qiáng)調(diào)制光信號(hào)相對(duì)于發(fā)送光3系統(tǒng)設(shè)計(jì)與誤差分析強(qiáng)調(diào)制信號(hào)的相位差,其值為:本文引
6、言指出,在強(qiáng)信號(hào)(即平均信號(hào)電子Φ=(2l/λm)2π=(4nπ/λm0)l(3)與平均干擾電子數(shù)均遠(yuǎn)大于信號(hào)相空間的單元式中,l為被測體距離,n為媒質(zhì)折射率λ,m0為數(shù))的條件下,光電信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性可以足夠精真空調(diào)制波長。確地用正態(tài)分布來近似。這就為信號(hào)的統(tǒng)計(jì)處如果光強(qiáng)不是正弦調(diào)制,而是其它周期性調(diào)制方式,則通過濾波器,可取出其基頻分量,X1998年3月9日收稿40《激光雜志》1998年第19卷第6期LASERJOURNAL(Vol119,No611998)理奠定了基礎(chǔ)。而n元正態(tài)分布的性質(zhì)決定用。了在系統(tǒng)
7、中使用窄帶濾波器不會(huì)改變分布的性設(shè)信號(hào)電流與噪聲電流的相對(duì)幅度為1與-4質(zhì)(只改變分布參數(shù)),卻能極大地提高信噪比,k(k≈10),則信號(hào)與噪聲的疊加為:如將頻帶壓縮至1/n,則信噪比可提高n倍。i(t)=cos(ωt-Φ)+kcos(ωt-θ)(12)鑒于此,本設(shè)計(jì)使用窄帶濾波器,要求在在鑒相時(shí),噪聲對(duì)相位的影響可由(12)式的展6開式求出:20Hz帶寬范圍內(nèi)信噪比優(yōu)于10.這一要求對(duì)于百米量級(jí)的測量來說是容易達(dá)到的。設(shè)l=i(t)=cosωtcosΦ+sinωtsinΦ150m,發(fā)射光線發(fā)散度α=1mra
8、d,光輻出功率+kcosωtcosθ+ksinωtsinθP0=1mW,光敏元件接收物鏡口徑D=2cm,則=Acos(ωt-Φ^)(13)2光電流均值為:式中A=1+k+2kcos(Φ-θ)i=(P0Δt/hυ)KRηe/Δt=(P0/hυ)KRηe(14)-1(8)Φ^=tg〔(sinΦ+ksinθ)/(cosΦ+kcosθ)〕式中,R為反射系數(shù),對(duì)于一般物體R>011,(15)對(duì)于合作目標(biāo)R可接
