高精度激光并行测距系统信号检测与处理技术

【摘要】随着社会科学的进步和测距技术的广泛应用,激光测距越来越多应用于大型、实时、动态的扫描测量,如三维图构建、大尺寸建筑的尺寸测量、实时表面信息采集等,这对激光测距同时提出了高精度和高效率的双重要求。目前广泛应用的有相位式激光测距和脉冲飞行时间激光测距,前者测量精度较高,但是测量速度慢,逐点扫描效率低；后者测量距离远,但是测量精度较低,难以同时满足高精度和高效率的双重要求。本文在相位式激光测距的基础上,研究一种基于频分复用原理的激光并行测距系统,系统选用多路频率不同的调制信号驱动多个激光器并行发射光强度按照调制信号变化的测距光波。单路调制信号采用多测尺合成波的方式,通过两个测尺测距结果的组合,消除了由于整波长造成的测距结果的不确定性。经过被测目标漫反射后的多路回波信号相互混合后,由同一光电探测器进行接收并进行前置放大、杂波滤除等预处理,然后和参考信号一同送至混频单元进行降频处理,并由低频滤波器选出有效信号。通过多通道AD并行采集后由数字信号处理器对其进行数字鉴相,根据各路信号的频率不同,找出其对应的频谱谱线即可同时求取多路信号的相位。通过计算多路回波信号和参考信号之间相位差,即可同时得出多个测量点的距离,实现并行测距,提高了测量效率。本文详细分析了多路并行信号调制解调原理以及信号检测和处理方法,分析了激光并行测距系统各模块的组成及精度影响因素,在simulink仿真环境下进行了各模块建模和系统集成,通过系统仿真分析了信号源相位噪声和频率误差、不同调制波形以及不同鉴相方法对测距精度的影响。仿真结果表明：信号源相位噪声和频率误差所引起的测量误差随着系统电路带宽以及测量量程的增加而增大,同时采用高频正弦波和低频正弦波直接叠加的方式和全相位数字鉴相算法对提高系统测量精度有显著效果。最后,论文设计实现了激光并行测距系统相关硬件电路,并进行了初步的调试。
【作者】赵晟娅；
【导师】熊木地；李光民；
【作者基本信息】大连海事大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】激光并行测距；合成波调制解调；信号检测与处理；数字鉴相；

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