【摘要】：基于激光飛行時間法的測距技術(shù)可分為三種：激光脈沖法測距、激光調(diào)頻連續(xù)波測距和激光相位法測距。激光相位法測距更適合于從幾十厘米到幾百米范圍的測距,目前在這個范圍內(nèi)它能達(dá)到毫米級的精度。因此,在諸如大尺寸的形位測量、機(jī)器人導(dǎo)航和目標(biāo)識別等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。提高調(diào)制頻率是提高激光相位法測距分辨率的主要措施,但是在高頻激光相位法測距中,相位差的測量精度會受到由頻率漂移和電路阻抗漂移引起的相位差漂移、電路和探測器噪聲等的影響而降低,從而測距儀的性能也下降。本論文一方面提高調(diào)制頻率,另一方面消除相位差的漂移,并提高噪聲條件下相位差的算法精度,從而提高測距精度。 本文的主要工作如下： 將近年來光通訊技術(shù)中出現(xiàn)的射頻馬赫曾德爾光纖電光調(diào)制器引入到激光相位法測距技術(shù),對激光進(jìn)行外調(diào)制,克服傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器內(nèi)調(diào)制的頻率限制,將調(diào)制頻率提高一個數(shù)量級至分米波,同時避免了半導(dǎo)體激光器的波長隨著調(diào)制電流變化。 用小數(shù)分頻鎖相環(huán)產(chǎn)生分米波射頻調(diào)制信號,克服原有的直接數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生的頻率較低、整數(shù)分頻鎖相環(huán)產(chǎn)生的頻率間隔過大的缺點(diǎn),產(chǎn)生適應(yīng)馬赫曾德爾調(diào)制器的更高的頻率信號,且頻率步進(jìn)間距達(dá)1Hz以下、信號雜散和噪聲小、頻率切換時間為微秒級。 提出差分式測距光路,引入光纖光路切換開關(guān),用待測光路的相位差減去零位光路的相位差,以差分測量的方式消除電路的相位差漂移,提高相位差的測量精度。 提出移相相關(guān)法計算相位差,解決了傳統(tǒng)的相關(guān)法在0�；蛘�180°附近時計算的相位差會出現(xiàn)很大誤差的問題,該算法消除了傳統(tǒng)相關(guān)法相位算法在噪聲條件下的理論估計偏差。理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測量實(shí)驗(yàn)表明,該算法優(yōu)于傳統(tǒng)的相關(guān)法。 完成了激光相位法測距裝置的設(shè)計、調(diào)試和測距實(shí)驗(yàn)。對小數(shù)分頻鎖相環(huán)產(chǎn)生的分米波射頻調(diào)制正弦信號、低噪聲功率放大后的正弦信號、外調(diào)制器的輸出光信號以及外調(diào)制器的半波電壓等進(jìn)行了測試,以及對實(shí)際制作的激光相位法測距裝置的穩(wěn)定性進(jìn)行了測試。并在0-2m的范圍內(nèi)與雙頻激光干涉儀進(jìn)行了距離對比測試。測試表明,正弦調(diào)制信號的相位噪聲小,電路引起的相位差抖動小,在2m范圍內(nèi)的距離測量誤差在±-0.08mm以內(nèi)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN249

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