相位式激光測距原理及其技術(shù)實現(xiàn)

相位式激光測距原理分析（4）三、間接測尺原理（1）上述的直接測尺頻率方式在實際應(yīng)用中會遇到頻帶過寬，測相精度難以實現(xiàn)的問題。例如：要求測程100km，精度0.01m，測相精度為1／1000，則對應(yīng)的直接測尺長度為100km，1km，10m，頻率分別為1.5kHz，150kHz，15MHz，頻帶寬近15MHz。在這么寬的頻帶內(nèi)保證1／1000的測相精度是很難實現(xiàn)的，故實際測量中采用間接測尺頻率方式。用兩個頻率fs1和fs2的調(diào)制光去測同一距離得到：

L=Ls1(m1+Δm1)L=Ls2(m2+Δm2)

等效形式為：L=Ls(m+Δm)

其中Ls=Ls1Ls2/（Ls2+Ls2）=1/2×C/(fs1-

fs2)=1/2×C/fs

m=m1-m2Δm=Δm1-Δm2fs=fs1-

fs2C為光速相位式激光測距原理分析（5）三、間接測尺原理（2）

對于上例的測量要求，用間接測尺頻率方式，從表可以看出，各個間接測尺的頻率值非常接近，頻寬為150kHz，只有直接測尺方式的1／100。在這樣窄的頻率范圍內(nèi)可以使放大器和調(diào)制器獲得相當接近的增益和相位穩(wěn)定性，從而提高測量精度。相位式激光測距原理分析（6）四、相位差測量原理（1）

主控振蕩器信號es1=Acos(ωst+φs)

本地振蕩器信號el=Acos(ωlt+φl)

接受到的信號es2=Acos(ωst+φs+Δφ)

相位式激光測距原理分析（7）四、相位差測量原理（2）

混頻后輸出：

參考信號er

=Dcos[(ωs–ωl)t+(φs-φl)]

測距信號es

=Dcos[(ωs–ωl)t+(φs-φl)+Δφ]

取ωs–ωl在幾kHz到幾十kHz，這樣包含相位差信息的正弦信號頻率大大降低，提高了下一步測相的精度。相位式激光測距原理分析（8）四、相位差測量原理（3）

相位差測量原理圖：兩路信號的相位差Δφ=360Nτ/T=N(360fc/fm)

其中τ為頻標脈沖周期；fm為頻標脈沖頻率；fc為被測信號頻率；N為計數(shù)值。如果令fm

=360fc，則計數(shù)值N直接表示了相位差，這時精度為1度。相位式激光測距技術(shù)實現(xiàn)（1）一、激光調(diào)制的實現(xiàn)

由于采用多尺度測量，而且是運用間接測尺頻率方式和差頻測相技術(shù)，這就要求系統(tǒng)必須有一套高性能的頻率發(fā)生裝置，實現(xiàn)多種頻率的高速切換。而且為保證測量精度，要求頻率發(fā)生器的精度很高。傳統(tǒng)的壓控振蕩器不僅頻率穩(wěn)定速度慢，而且頻率精度不高，不能勝任激光調(diào)制的任務(wù)。目前在電子工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)，非常適合作為這里對激光進行調(diào)制的頻率源。相位式激光測距技術(shù)實現(xiàn)（2）DDS的原理框圖目前許多芯片公司都已生產(chǎn)了性能可觀的DDS芯片，如Standford公司的STEL2375，其最高工作頻率可達1GHz，輸出信號帶寬為400MHz，頻率分辨力為mHz級?？梢姡@些性能指標完全可以滿足激光調(diào)制的需要。相位式激光測距技術(shù)實現(xiàn)（3）二、相位差測量的實現(xiàn)

為簡化相位差