相位法激光測距原理及算法詳解

1、 激光相位法測距的原理 激光相位法測距的原理 激光相位測距中， 把連續(xù)的激光進行幅度調(diào)制， 調(diào)制光的光強隨時間做周期性變化，測定調(diào)制光往返過程中所經(jīng)過的相位變化即可求出時間和距離。 圖.1 相位式激光測距原理示意圖 如圖 1 所示，設(shè)發(fā)射處與反射處（提升容器）的距離為 x，激光的速度為 c，激光往返它們之間的時間為 t，則有： cx t 2 ?設(shè)調(diào)制波頻率為 f，從發(fā)射到接收間的相位差為? ，

2、則有： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? N cfx ft 2 4 2(2) 其中，N 為完整周期波的個數(shù)， ? ? 為不足周期波的余相位。因此可解出： ) ( 2 ) 22 ( 2 4 N N fc Nfcfc x ? ? ? ? ? ? ? ?? ???(3) 其中， f c Ls 2 ? 稱為測尺或刻度，N 即是整尺數(shù)， ? ? 2 ? ? ?N 為余尺。 根據(jù)測得的相位移的大小，可知道 N ? 余尺的大小。而整尺數(shù) N 必

3、須通過選擇多個合適的測尺頻率才能確定，測尺頻率的選擇是提升容器精確定位的關(guān)鍵因素之一。 ? 2x xN ? 2發(fā)射處 提升容器 發(fā)射處 ?? ?和輸出的關(guān)系分析如下： XY KMXYZ U I US UL U圖 2.2 模擬相乘混頻器 Fig. 2 Frequency mixer 設(shè)輸入信號分別為 ) cos( ) ( s s sm s t U t U ? ? ? ? 和 ) cos( ) ( l l lm l t U t U ?

4、? ? ? ，經(jīng)過模擬乘法器相乘以后得： ? ?? ? l s l s lm sm Ml s l s lm sm M zt U U Kt U U K U? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?) ( cos 21) ( cos 21（2.6） 由上式可以看出，經(jīng)過模擬乘法器將兩個信號相乘，就實現(xiàn)了兩個信號的差頻與和頻，其中 M K 為增益系數(shù)。通過帶通濾波器或者低通濾波器后，即可得到差分輸出： ? ? l s l s l

5、m sm M I t U U K U ? ? ? ? ? ? ? ? ) ( cos 21在相位法測距中使用混頻在相位法測距中使用混頻 精尺頻率 15MHz 的正弦信號是中高頻信號，對其進行測量是很困難的，這樣就要求對信號波形做一定的變化，在保證相位不變的情況下降低信號頻率，使后級的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣更容易。 在本相位式測距系統(tǒng)中，設(shè)由 DDS 發(fā)出的調(diào)制信號和 APD 接收到的回波信號分別為 1 U 、 2 U ： ) cos( 1 1