相位法激光测距仪信号接收系统研究

论文摘要

激光测距技术是目前应用较为广泛的一种测量技术,具有精度高、非接触式、昼夜可用、且性能可靠等优点。随着半导体激光器、集成电路、数字信号处理、精密机械等领域技术的飞跃发展,激光测距仪向着高精度、小型化、数字化的方向不断进步,目前已经广泛地应用于大地测量、天体测量、制造业和军事装备领域。本文介绍了相位激光测距仪信号接收系统的研究成果,设计了接收电路系统,实现了回波信号接收处理、系统控制信号产生、数据采集与处理等功能模块的整合。论文首先对比分析了激光测距技术领域的几种常见的测距原理与特点,提出了采用差频测相的相位法激光测距总体方案;然后对雪崩光电探测二极管的工作原理和特性进行了介绍与分析,并阐述了接收系统测程和接收光功率的关系,采用直接数字频率合成技术设计了正弦波调制信号发生电路,同时完成了信号接收电路系统的前端设计,包括APD高压偏置电路,回波信号放大电路,滤波网络,混频及信号调理电路等;最后采用DSP TMS320F2812设计了信号处理电路,系统控制电路,以及对参考信号和测量信号进行双路高速模数转换电路等,并进行了电路调试和相位差测量算法仿真实验,仿真结果表明,基于差频测相的加窗FFT比相算法能够满足系统设计需要。本文所完成的工作为相位法激光测距仪整机系统的后续设计提供了硬件平台和理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 激光测距的国内外研究现状
• 1.3 课题来源及本文主要研究内容
• 第2章 系统基本原理及总体方案设计
• 2.1 激光测距技术
• 2.1.1 脉冲法激光测距
• 2.1.2 激光三角法测距
• 2.1.3 激光干涉法测距
• 2.1.4 相位法激光测距
• 2.2 系统总体方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 信号接收电路设计
• 3.1 发射部分电路
• 3.2 光电探测器工作原理与性能分析
• 3.3 接收光功率与系统测程的关系分析
• 3.4 回波信号接收电路设计
• 3.4.1 APD高压偏置电路设计
• 3.4.2 回波信号放大电路设计
• 3.4.3 窄带带通滤波器电路设计
• 3.4.4 测尺频率通道选择电路设计
• 3.4.5 混频及信号调理电路设计
• 3.4.6 DSP系统电路
• 3.5 PCB设计中的问题
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 CCS集成开发环境简介
• 4.2 主程序设计
• 4.3 DSP初始化程序设计
• 4.4 数据采集模块
• 4.5 数据处理模块
• 4.6 SCI串口通信模块
• 4.7 SPI同步串行外设模块
• 4.8 本章小结
• 第5章 实验与仿真结果
• 5.1 电路部分实验结果
• 5.2 相位差测量算法仿真
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢