全站仪红外测距系统的研究

摘要

全站仪是大地测量仪器。它是在电子经纬仪的基础上增加了电子测距的功能。红外测距系统是全站仪的重要组成部分，它能够快速准确的测出两点之间的斜距值，并由此计算出平距、高差、高程、坐标以及放样等测量结果。随着生活质量的不断提高，人们对测距速度及精度的要求越来越高。本文通过对红外测距系统的精度及速度等的分析，对整个系统进行了改进及设计。 通过阅读大量文献，对红外测距各种原理方法进行研究分析。本文提出采用相位法测距原理，它具有精度高，实现容易等特点；为了达到较大的测程及较高的测距精度，本文运用了分散的直接测尺频率方式与集中的间接测尺频率方式相结合的方法来确定测尺频率，这种方法既克服了测尺频差大，选频放大困难，抗噪能力差等缺点，同时又降低了对石英晶体振荡器频率稳定度的要求；为减少测相误差，提出采用扩角检相的设计思路，降低了因大、小角度及相位抖动带来的测相误差，提高了精度。 本文对红外发射系统的自动频率控制-锁相环进行了原理分析，线性建模，及速度转换性能研究。分析了环路的锁频、锁相精度及转换速度，并进行了电荷泵锁相环电路设计，提高了系统的精度及速度。提出正交锁相环电路的设计思想，并采用MATLAB仿真软件进行了系统仿真，通过与原系统进行比较，证明其性能更加优良。另外，本文还对红外接收系统的自动增益控制电路进行了建模分析，对电路进行了改进设计，通过APD偏压电路对系统增益进行自动控制。与传统电路相比，扩大了控制范围，提高了控制精度及系统稳定性。 本文在最后对整个系统进行了电路设计及软件实现，并对红外测距系统进行了检测，检测结果表明，整个系统完全符合精度要求，并且测距速度及稳定性大大提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题的背景

1.1.1全站仪简介

1.1.2电子测距的基本原理

1.2国内外研究现状

1.2.1电磁波测距仪的发展

1.2.2电磁波测距仪的分类

1.2.3红外光电测距仪发展趋势

1.3本论文主要研究内容及结构

1.3.1论文研究内容

1.3.2论文结构

第二章 红外测距原理

2.1光波测距原理

2.1.1脉冲法测距原理

2.1.2相位法测距原理

2.1.3变频法测距原理

2.2测尺频率的选择

2.2.1分散的直接测尺频率方式

2.2.2集中的间接测尺频率方式

2.2.3红外测距测尺频率的确定

2.3全站仪的测程

2.3.1测程方程式

2.3.2测程与噪声的关系

2.3.3大气对测距仪的影响

第三章 红外测距总体方案

3.1基本结构

3.2光学、机械系统设计

3.2.1机械结构

3.2.2光学系统

3.3电路模块设计

3.3.1红外测距电路系统结构框图

3.3.2电路子系统功能、结构

第四章 自动频率控制电路设计研究

4.1锁相环的基本组成与原理

4.1.1 TYPEⅠ型锁相环的基本工作原理

4.1.2TYPEⅡ型锁相环的基本工作原理

4.2锁相环的线性模型

4.2.1电荷泵锁相环线性模型

4.2.2锁相环的转换速率

4.2.3提高锁相环转换速率的方法

4.3锁相环电路设计

4.4正交锁相环(QPLL)

4.4.1正交锁相环数学模型的建立

4.4.2系统模型仿真分析

第五章 自动增益控制电路设计研究

5.1自动增益控制

5.1.1AGC电路组成、工作原理和性能分析

5.1.2自动增益控制电路设计

5.2 APD偏压电路

5.2.1低纹波自动控制偏压电路

5.2.2低功耗可控式偏压电路

5.3放大器增益控制

第六章 红外测距系统电路设计

6.1红外发射系统电路设计

6.1.1电源转换电路设计

6.1.2红外发射电路设计

6.2红外接收系统电路设计

6.2.1混频电路设计

6.2.2带通滤波电路设计

6.3红外测距中央处理单元设计

6.3.1光强检测电路

6.3.2测相原理分析

6.3.3扩角检相电路设计

6.4红外测距软件设计

6.4.1微处理器的选择

6.4.2编程软件介绍

6.4.3测距程序设计

第七章 红外测距系统测试结果与结论

7.1红外测距误差分析

7.1.1测距误差及其产生原因

7.1.2测距误差消除方法

7.2红外测距检测结果与结论

7.2.1红外测距检测结果

7.2.2结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢