基于双频调制信号的相位法距离测量研究

【摘要】距离测量作为定位及航迹推算方式，在电力、航空、军事等诸多领域有着重要应用。国内外科技的进步使信息产业与集成电路得以快速发展，也让各行业对测距的范围、精度和速度有了新的认识和要求。通过对多种测距方法的分析比较，笔者讨论了它们的优缺点和应用领域，并根据项目需要，设计了一种基于双频调频信号的相位法测量系统。通过采用具有微小频差的低抖动时钟发生技术，差频测相等，系统可以实现特定环境下的高精度定位，在解决课题要求的基础上，为短程测距研发提供方案和具体实现思路。论文从相位法测距原理出发，详细阐述了差频鉴相式激光测距系统的总体设计方案和相关技术分析，并对信号前端硬件电路实现和软件控制做了具体描述。系统由级联式PLL可编程调制信号源、激光发射与接收、光电调理、混频滤波和数据采集与数字鉴相组成。数字信号处理器（DSP）通过对低抖动时钟源编程并进行滤波混频，得到具有微小频差的高低测尺正弦波调制信号，经可调光强驱动电路进行激光发射；光电接收系统同时将发射参考信号和接收测量信号进行一致运算放大和增益调整，得到携带距离信息的两路主频信号；主频信号与本振信号混频后，通过电压增益大于1的窄带选频网络，获取与其具有相同相位信息的中频信号；DSP控制模块在对两路模拟差频信号进行数据采集后，以数字相位检测方法得到待测距离信息。本文完成了相位法测距的整体设计和电路规划，并对系统信号前端软硬件进行测试，调制信号源高频（10MHz）输出1kHz处相位噪声偏移-142dBc/Hz，RMS抖动2.4ps，同时可对其进行初始相位设置，有效地解决了噪声和干扰问题，实现了数字鉴相最佳相位角的可调性；双路光电调理自动增益控制，放大倍数可调范围12~110，适合各类光电接收微弱信号检测；光接收系统带宽150MHz，十倍频差调制信号（基准1MHz）同调理相位偏移平稳；选频滤波网络非偏移相位变化为0，减少了调理环节影响相位最大的部分；信号前端百米测距误差为6.657mm，验证了设计的合理性，满足课题要求。
【作者】范圆圆；
【导师】张丕状；
【作者基本信息】中北大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】差频测相；级联PLL；混频处理；窄带选频；

【参考文献】
[1]郭娟.聚二炔酸的结构性能调控和基于聚二炔酸的应用研究[D].复旦大学,高分子化学与物理,2012,博士.
[2]刘杨.公益信托法律问题研究[D].首都经济贸易大学,经济法,2013,硕士.
[3]宋必卫,樊俏玫,何治宇.线粒体calpains与细胞凋亡关系的研究进展[J].中国药理学通报,2014,06:757-760.
[4]李定泽.轮胎模具加工的刀具消耗量预测及系统实现[D].广东工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[5]赵广文,王学甫,刘卫东.新道床上铺设无缝线路的捣固施工方法[J].中国铁路.2003(06)
[6]张磊.津秦客专路涵过渡段CFG桩网复合地基沉降变形及桩土应力特性研究[D].北京交通大学,道路与铁道工程,2013,硕士.
[7]胡盛鑫.自助游遇险事件的法律探究[D].西南政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[8]肖娈.基于ATL核心远程设备诊断安全平台的研究[D].天津大学,机械制造及其自动化,2004,硕士.
[9]林彦芳.中职学校文化建设现状、问题及对策[D].鲁东大学,教育管理（专业学位）,2013,硕士.
[10]游明山.基于one-switch效用函数与MDP的风险敏感型群决策规划研究[D].华中科技大学,系统工程,2013,硕士.
[11]赵子建.中西商务谈判中文化因素研究[D].江苏科技大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[12]JanKUKLA.一个水青冈生态系统的土壤化学强度的研究(英文)[J].植物生态学报,2001,02:218-224.
[13]黄俊华.李鸿章与晚清宗藩体制的瓦解[D].河南大学,中国近现代史,2004,硕士.
[14]高岩.Artequick及其组分对伯氏疟原虫K173抗性培育的初步观察[D].广州中医药大学,中医临床基础,2013,硕士.
[15]俞寿朋.地震勘探资料的数字处理[J].石油地球物理勘探,1977,05:69-75.
[16]黄宇超.云南少数民族传统保障及其现实意义[D].云南财经大学,社会保障,2013,硕士.
[17]魏娟.原始龙纹的演变及在现代首饰中的应用[D].中国地质大学（北京）,设计艺术学,2013,硕士.
[18]李长庆.近代上海黑社会的苏北人[D].扬州大学,中国近现代史,2012,硕士.
[19]万越.明式书房设计研究[D].中南林业科技大学,设计艺术学,2013,硕士.
[20]王立熠.双靶磁控溅射法制备掺镓氧化锌薄膜及其LED应用研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[21]李海霞.全面抗战初期国民政府的对德外交选择[D].曲阜师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[22]罗崇光,邹忠.基于数据仓库的网络监控系统的设计与实现[J].湖南大众传媒职业技术学院学报,2005,04:50-52.
[23]赵彦锋.基于HVS的DCT域数字水印算法研究[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2010,硕士.
[24]邓盼.关键词拍卖的排序规则研究[D].华中科技大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[25]宋清.化学镀镍废液的电化学再生研究[D].广东工业大学,应用化学,2013,硕士.
[26]洪亚楠.淘宝网消费者信息共享行为研究[D].河北大学,图书情报,2014,硕士.
[27]涂福泉.脓毒血症大鼠甲状腺功能改变和Caspase-3蛋白表达及细胞凋亡的关系[D].福建医科大学,急诊医学,2014,硕士.
[28]刘卓.袁州区油茶产业发展对策研究[D].江西农业大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[29]樊计昌,李松林,刘明军.利用小波包变换提取地震波高频信息[J].石油地球物理勘探,2006,02:144-149+248+14.
[30]闫凯军.炼钢厂生产运行的评价方法与重计划问题研究[D].重庆大学,冶金工程,2014,硕士.
[31]胡芳.基于ANP的自然灾害应急物流能力评价体系研究[D].吉林大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[32]陈丽阳.人物梦魇 叙事传奇[D].东北师范大学,中国现当代文学,2012,硕士.
[33]赵郁玺.公园节约型营建方法的研究[D].安徽农业大学,园林植物与观赏园艺,2011,硕士.
[34]李艳.构造并购整合管理模式提升电力企业核心能力[D].广西大学,2005.
[35]张蕾,王红.数据仓库中数据立方体的创建[J].中国民航学院学报,2003,S2:115-117.
[36]段琳琳.民事诉讼中伪证的法律后果研究[D].辽宁大学,诉讼法学,2012,硕士.
[37]郑晓冬.卫星导航系统复杂干扰信号模拟源设计[D].电子科技大学,电子与通信（专业学位）,2012,硕士.
[38]马文文.HBV所致慢加急性肝衰竭患者外周血单个核细胞中微小RNAs表达谱的变化[D].华中科技大学,内科学,2013,硕士.
[39]申艳艳.呼和浩特市蔬菜价格波动因素研究[D].内蒙古农业大学,农业推广,2013,硕士.
[40]仇小飞.苏木色素的电化学行为及其定量分析研究[D].江南大学,分析化学,2012,硕士.
[41]徐梅宝.章熊语文教学思想初探[D].首都师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[42]王东鹏.基于建筑教育理念下的建筑馆设计[D].长安大学,建筑设计及其理论,2014,硕士.
[43]刘灿.OML集团采购中心采购管理策略研究[D].华中科技大学,工商管理,2013,硕士.
[44]郭玲.威斯特《弗吉尼亚人》中的牛仔形象研究[D].四川外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[45]冯钊.栅格通信网资源管理系统的研究与设计[D].河北科技大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[46]屈吕宇.褐飞虱内共生细菌Wolbachia与Arsenophonus的竞争关系分析[D].浙江大学,植物保护,2013,硕士.
[47]文家武.基于数字地价模型的基准地价更新及应用研究[D].华中师范大学,土地资源管理,2013,硕士.
[48]刘超丛.油田测井用无刷直流电机位置跟踪控制系统研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程及自动化,2014,硕士.
[49]吴云飞.盐酸特比萘芬的安全性和抗真菌药物的敏感性及临床疗效试验[D].南京农业大学,临床兽医学,2012,硕士.
[50]索若淇.StarRotor发动机膨胀机及热交换器设计[D].中北大学,动力工程,2014,硕士.