激光测距具有测距精度高、抗干扰性能强、操作方便等优点,并因此而广泛应用于各技术领域。随着军事、医疗、建筑以及测距等技术的飞速发展,测量对象范围逐渐扩大,对测距仪的精度和速度要求也在不断提高,而传统激光测距均采用单光束逐点测量的方式,无法同时满足测量精度高、测速快的要求。本课题即是为解决这一问题而展开研究的。目前常用的测距方法主要有脉冲式测距法和相位式测距法：前者测量速度快,但精度较低；后者尽管测量精度高,但测量速度较慢。本文设计了多路激光并行测距整体方案,采用相位式全数字鉴相方法,具有鉴相精度高、测量速度快、体积小等优点。论文就系统中几个关键技术展开研究,为后续整机系统的研制奠定基础。采用数字频率合成(DDS)技术,由数字信号处理器(DSP)控制多个DDS芯片同时输出频率相差几kHz的正弦信号并同时加载至不同的激光器,实现对多路激光并行调制发射；返回的多路测距信号由同一雪崩光电二极管进行检测,经I/V转换、幅值调整后送入混频器,利用混频器“移频不移相”原理,对多路高频测距信号同时做降频处理,并由低通滤波器取出携带了距离信息的低频测距信号,实现并行解调；DSP控制高精度AD对解调后的并行测距信号与参考信号进行双通道同步采集,并送入DSP做鉴相处理；采用基于全相位FFT频谱分析的鉴相算法编写并行测距系统软件,有效抑制频谱泄露,并且在非倍频采样时测相仍然准确,提高了鉴相精度。论文针对影响并行测距精度的因素进行深入分析,包括混频器和滤波器的非线性引入的相位偏移、A/D转换时量化所产生的相位误差,以及当激光束照射到粗糙不平的物体表面时,因光斑分割所引起的相位误差。文中通过建立相应的仿真模型得出仿真结果,并采取相应的补偿方法以减小误差,为进一步提高测距系统精度奠定基础。
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