基于二次偏振调制的激光测距仪光接收模块研究

摘要

激光测距技术由于其非接触性、高指向性以及高精度等特点，已成为各个应用领域中长度测量的主要手段。基于二次偏振调制的激光测距方案，相比于传统的激光测距方法，因为其测量精度高，体积小，成本低等特点具有很高的应用研究价值。 而光接收模块作为二次偏振调制激光测距系统的核心组成部分，很大程度上决定了测距精度。因此，本文主要就如何设计光接收模块以优化测距系统测距精度这一核心问题进行展开。 首先本文对二次偏振调制激光测距系统进行了数学建模，分析了其测距原理。然后对设计光接收电路的基本原理进行了了介绍。主要包括光电转换电路的增益、带宽和稳定性设计问题，模数转换器的基本架构及其选型问题，电路噪声计算问题和如何控制模数转换器电路的噪声问题。 在相关基础理论介绍完成之后，论文以测距系统测距精度指标1×10-6出发，根据基本测距原理，推算出在调制频率为1GHz，扫频曲线动态范围达到满量程输入的0.8倍时，光接收电路模数转换的无噪声码分辨率要求达到13.15bits。根据光接收电路的基本设计思路完成了无噪声码分辨率为11.1bits的光接收模块的设计工作。除此还进行了激光测距系统的其他重要组成部分的实现工作，包括微波源，控制器，其他光学器件和测距软件编程。 论文的最后对设计完成的激光测距系统进行了实验测试。首先测试了光接收模块的直流转换精度为 8.72 位。在增加取平均次数后，其转换精度得到了有效提高。然后对无源滤波器设计的带宽进行了验证。实现了带宽为 1.33MHz 的切比雪夫Ⅰ型无源低通滤波器设计。最后对测距系统的测距精度进行了验证。在对光接收数据进行多次平均后可以达到系统设计目标。测距精度达到 1.04×10-6。

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