多频调制的相位式激光测距仪关键技术研究

摘要

激光测距因其优异的性能，在航空航天、环境探测、精密制造等领域得到广泛应用。随着科技的发展，不同行业对测距仪提出了更高的要求，测距仪应用到动态目标距离测量的场合越来越多，在保证良好的测距精度的情况下对测距设备的实时性提出了更高的要求。本课题针对原有相位式激光测距仪中存在的主要问题进行研究并提出有效的解决方法，实现动态、高精度、长距离的距离测量。本文的主要研究工作如下：
　　1.分析原有相位式激光测距仪的测量原理，找出限制测距速度和精度的原因，在原有的架构上提出并行处理的多频调制激光测距系统，在这个架构分析了多频测距的解模糊原理，并根据系统设定的参数指标得出对应发射的调制频率。
　　2.比较了常用的测频和测相的方法，最终选用了多周期同步鉴相法和等精度测频法对收发信号的相位差和频率进行测量，并进行了相应的误差分析
　　3.分析对比APD和PIN二极管的特性，选用了 APD对接收信号进行采集。结合APD的温度和噪声特性求出的最佳倍增因子，最终设计合适的电路对温度补偿使倍增因子稳定最优值并进行了仿真分析。
　　4.设计了系统对应的硬件电路和光路系统，并在实验平台上进行了静态目标和动态目标的性能测量，并将实验数据与理论数据进行对比分析。
　　本文针对多频调制的激光测距系统的关键技术进行了研究，通过仿真和测试平台验证了系统的有效性和稳定性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 激光测距技术发展概况

1.3 相位式激光测距需解决的关键问题

1.4 本文研究内容及任务

第2章 多频调制的并行处理架构

2.1 相位式激光测距的原理分析

2.2 并行处理架构的多频调制激光测距系统

2.3 本章小结

第3章 高精度快速测相测速技术

3.1 常用的相位测量方法

3.2 多周期同步鉴相法的原理

3.3 等精度频率测量方案

3.4 本章小结

第4章 APD的温度补偿和噪声抑制分析

4.1 光电接收器的选型

4.2 APD噪声分析

4.3 APD温度漂移补偿

4.4 本章小结

第5章 测距系统硬件电路实现与实验测试

5.1 激光调制发射单元设计

5.2 接收单元与信号处理单元设计

5.3 光学系统设计

5.4 系统测试

5.5 本章小结

第6章 工作总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的研究成果