相位式激光测距谱分析鉴相的无偏改进

针对相位式激光测距中的鉴相误差,建立了谱分析鉴相的误差模型,提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法。分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差,指出这些测量偏差受初相位的影响,在高速测距中不容忽略。提出了一种无偏改进方法,通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器,将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号,在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下,实现了近似无偏谱分析鉴相。仿真分析和实验验证结果表明,鉴相均值与真实相位差相同;当信噪比为40dB时,每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100MHz时,测距精度达到0.4mm。实验表明,将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相,可实现高准确度相位差测量,并可应用于高速相位式激光测距。

相位式激光测距系统优化设计及仿真

为了优化相位式激光测距系统的双频源设计,提高测距精度,采用Simulink工具箱建立相位式激光双频(低频和高频)测距系统模型,采用全相位快速傅里叶变换鉴相算法来计算激光束往返被测目标的总相位差,计算出粗测距离和精测距离,再通过数据衔接算法来得到精确测量距离。仿真研究了加窗函数和白噪声对相位测量精度的影响。仿真结果表明:汉宁(Hanning)加窗函数对噪声信号的抑制效果最好,信噪比与测相精度成正比,在高信噪比下,100m测距范围的测距误差小于±2 mm,为相位式激光测距系统电路设计提供了理论依据。

雪崩光电二极管在相位式激光测距仪中的应用

雪崩光电二极管作为光敏接收器件,特别适合用于微弱信号的接收检测,它在相位式激光测距系统中用来接收经过漫反射后微弱的激光信号。针对雪崩二极管反向偏压电路中高纹波的问题,本文设计和分析了一种高效的低纹波偏压电路,实验结果表明,该方法有效抑制了纹波电压。针对雪崩二极管温度漂移的问题,本文设计和分析一种新型的温度补偿电路,使雪崩二极管达到了最佳雪崩增益。针对雪崩二极管噪声问题,分析了主要噪声源,设计了一个低噪声的前置放大电路,实验结果表明,该电路有效地提高了信噪比。综合实验结果表明,这些电路设计对于提高相位式激光测距仪的测量精度是有效的。

相位式激光测距中基于计算补偿的干扰信号误差处理

本文研究了相位式激光测距中信号干扰的机理。通过分析,本文给出了干扰信号误差的具体表现形式。采用两点标定法,确定了误差参数,利用软件对误差进行计算补偿,消除了仅依靠提高硬件性能而不能消除的干扰误差,同时论证了此法的可行性和可靠性。通过模拟仿真证明,可以极大地消除干扰误差,提高测量的精度。

脉冲-相位式激光测距仪的研究

本文介绍了应用砷化镓半导体激光器研制的脉冲 相位式激光测距仪的设计原理和特点 ,并对实验结果进行了科学的分析。

相位式激光测距的FFT与apFFT鉴相研究

为实现亚毫米精度相位式激光测距的鉴相,根据FFT与apFFT的鉴相原理,通过仿真考察两者在高斯白噪声和频率偏移影响下的鉴相性能,并考虑采样点数问题。仿真结果表明:在采样点数相同、频率偏移小的情况下,FFT比apFFT鉴相更准确。在测距速率10 KHz,信噪比35 dB,归一化频移量0.02,调制频率50 MHz时,FFT的测距标准误差为0.76 mm。因此使用FFT鉴相满足相位式激光测距的高速、高精度要求。

相位式激光测距仿真系统的设计与实现

在高精度相位式激光测距系统的设计中,要实现测距精度,必须全面考虑环境和系统条件中各种干扰因素。传统的签相方法单一,无法保证精度。根据模块化和参数化模型设计,并综合分析发射、传输、接收、信号处理、鉴相等环节的建模要素,在传统主噪声源基础上添加了相位噪声、同频干扰、谐波等微弱噪声因子,得到了逼近实际系统的精度分析模型。运用Simulink开发了仿真系统并进行了实验,仿真结果对比表明了模型的正确性和有效性,满足高精度相位式激光测距系统的设计需求。

DDS技术在相位式激光测距中的应用

为提高相位式激光测距中测量距离的精度性及保证光波调制信号的频率和相位稳定性,提出了采用直接数字合成技术(director digital synthesis,DDS)代替传统的锁相式频率合成法,产生频率和相位稳定性高的正弦信号,从而保证测量精度的方案和实践。采用具有分辨率高、频率转换快的DDS技术的芯片AD9850,通过设计相应的电路,程序和低通滤波来实现正弦信号源。实验结果表明,AD9850产生的正弦信号较好地解决了频率漂移和相位抖动等问题。

相位式激光测距全数字锁相环控制系统

针对减小相位式激光测距中的误差,介绍了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)实现的全数字锁相环(ADPLL)控制系统的技术原理。此系统可以提高相位频率检测器的精度,同时不受温度和电压的影响,大幅降低相位式激光测距在测相过程中的频率误差。系统主要由数字鉴相器、数字滤波器和数字控制振荡器等逻辑设备组成,系统中的信号全部为数字信号。实验结果表明,当FPGA内部的参考信号为40Hz时,采样周期为0.025s,滤波器在300ms达到约5V的电压饱和状态。ADPLL系统避免了模拟电路中常常遇到的不全传输、寄生能力、温度浮动及老化等问题,并且可以在使用重置器件的情况下运行,因此很容易测试和复原。

中远程相位式激光测距系统设计与实现

该文介绍了一种适用于中远程范围的激光测距系统,采用相位法计算待测距离,根据反射信号携带的相位信息计算得出测量距离。采用差频测相的方法,通过自动增益控制的预处理,将计算的相位差由高频转变为低频,提高了相差测量的稳定性并降低了测距误差。在数据处理方面,采用最大似然估计法对信号进行处理。采用DDS和PLL环外混频方法,使得到的结果更为准确。该系统具有精度高、无接触、物美价廉等优点。

相位式激光测距系统研究

相位式激光测距仪是一款集激光调制技术、光学技术、光电检测技术、信号处理技术以及单片机技术于一体的高精度测量仪器,广泛应用于工业测控、矿山、港口、建筑、汽车等领域。由于其精度高、快捷轻便、操作简单,在目前测距市场上十分受人青睐。

基于相位式激光测距的废树脂界面测量技术研究

针对目前后处理废树脂界面接触式测量方法的故障率高、后期检修维护困难等问题,设计了基于相位式激光测距的废树脂界面测量仪表,并针对测量原理、硬件设计、软件开发、性能测试开展研究。本设计采用光纤分体式结构实现辐射区域与安全区域隔离,利用非接触式激光测距方法保证系统稳定可靠,同时根据测量工况设计了相应的软件算法。系统测试结果表明,在0~6 m的测量范围内实现了±10 mm的液位测量精度以及±25 mm的树脂界面位置测量精度。由此分析可知,设计的系统在废树脂贮槽内的双界面测量中检测精度较高,为后处理厂废树脂界面检测提供了一种有效的手段,具有一定的应用价值。

对机械手定位的全相位傅里叶变换相位式激光测距系统

针对机械手中用于标定以及空间定位的激光测距装置测距精度不足、容易受工作环境等因素的影响,进而导致测量不准确,影响机械手空间标定以及定位的缺点,提出了一种基于全相位傅里叶变换(apFFT)的相位式激光测距系统。该系统采用apFFT算法来进行鉴相,进而得出实时测量的距离。相比于传统的基于傅里叶变换的相位式激光测距方法,该方法能够有效抑制实际应用中由于多种因素导致的频谱泄露现象。实验结果表明,该系统具有良好的稳定性和抑制频谱泄露能力,同时该系统的平均定位精度可以达到1 mm,满足实际工业生产制造的需求。

嵌入式高精度激光测距系统设计

针对因激光测距系统在数据传送过程中产生的系统误差而影响系统测量性能的问题,研究开发了一套以相位式激光测距原理为基础的嵌入式激光测距系统,系统硬件部分主要采用ARM Cortex系列内核的STM32F1作为主机控制器、STM32F0作为从机激光测距模块的控制器,软件部分是在此硬件基础上借助Keil平台进行下位机软件开发,同时结合虚拟仪器LabVIEW来开发上位机测量操作界面,其中通过主机控制器搭载μC/OS-Ⅲ实时操作系统实现系统多任务管理。通过对实验数据的测试分析,提出了一种通过自定义HEX通信协议来提高系统测量精度和稳定性的方法。经过实验验证系统,最大相对误差不超过2%,测量精度±2 mm,可以满足系统在精度,稳定性上的设计要求。

一种面向空间应用的激光测距方案设计与实验

针对空间应用背景对激光测距系统"宽测程、高精度、实时测量"的要求,使用相位式激光测距法中分散的直接法设计了一种激光测距方案,其理论测程可以达到10km,测距精度可以达到0.1m。对激光器和窄带滤光片提出了技术指标要求,对雪崩光电二极管(APD)进行了选型,并通过对空间环境背景噪声的分析和对空间非合作目标测程方程的分析验证了技术指标选择和APD选型的合理性。实验结果表明:该系统最大测距误差为8.71 cm,符合"测距精度优于0.1 m"的技术指标要求,同时具有较高的动态性能,测距时间不超过1 ms。此外,系统具有较小的整体功率和质量,分别为13.29 W和693 g,可作为天基应用的有效载荷。

欠采样全相位FFT鉴相方法仿真与实现

测距精度是相位式激光测距系统的重要指标之一。为了提高测距精度,采用欠采样方法和全相位FFT(all-phase FFT, apFFT)算法设计了鉴相电路,使用卡尔曼(Kalman)滤波提高了测量数据的稳定性。根据欠采样谱分析鉴相原理,仿真分析了在不同采样频率和不同信号频率下的鉴相精度,对比了基于欠采样的FFT鉴相法和apFFT鉴相法在高斯白噪声、频率偏移等因素影响下的鉴相性能。仿真结果表明,欠采样不会影响鉴相精度,并且欠采样apFFT鉴相法的鉴相精度优于欠采样FFT鉴相法。进行了鉴相性能的实验验证,实验数据表明,当采样频率为100 MHz、信号调制频率为201 MHz时,apFFT鉴相精度为0.134°,卡尔曼滤波后鉴相精度优于0.023°,测距精度可达0.20 mm。因此,基于Kalman滤波的欠采样apFFT鉴相法具有精度高、抗干扰能力强等优点,在相位式激光测距系统中具有重要的应用价值。

用于航天器分离过程测量的激光雷达系统

为解决航天运载器现有位移传感器存在的分离耦合的缺点及提高分离信息测量准确性。对一种用于测量航天运载器分离距离的非接触式激光雷达测距方法进行了研究。该方法采用了相位式激光测距原理,以连续激光(CW)作为发射光源,采用前置扫描装置,这种结构能够保证测距设备在一定空间区域内响应并获取分离的动态数据。基于该方法的仿真结果表明在 0~1rad 的空间探测区域内,可选用 2~150MHz 的调制频率调制激光发射波长用于系统测量,测距精度较高。相位式激光测距系统可用于飞行器部段分离过程中相对分离位移测量、相对分离速度测量,获得的遥测数据精度可优于现有拉线式传感器测量值。

基于单片机光纤测距系统的设计与实现

光纤由于其频带宽、损耗低及抗干扰能力强等优点已被广泛地应用在通信、电子及电力方面,是我们生产生活中必不可少的媒介。在实际的光纤实验、安装、运营和维护工作中,一种精准、轻便和易操作的光纤测距系统显得尤为重要。设计中采用基于单片机的激光测距系统,以相位式激光测距法为核心,包括显示模块、模式选择模块、按键输入模块,该系统具有激光测距、复位、模式选择、校准、数值输入与显示功能。整个系统与传统的光纤测距仪相比有着低成本、轻便、功能人性化、便于操作等优点。

基于坐标转换的空间定位系统

基于目标点在球坐标系中的三个数据,即目标点到坐标原点连线的直线距离及其与另两条设定坐标轴的两个夹角,可以得到目标在空间中的位置信息。文章通过使用相位式激光测距模块获取目标点到坐标原点的距离,使用舵机云台控制激光在水平和竖直两个方向旋转,并将旋转角度值作为基础数据返回,从而得到物体的位置信息。

基于KNN算法的大型汽车模拟隧道行驶项目压线评判

本文针对驾驶人场地驾驶技能考试系统中存在的GPS信号丢失时如何实现压线评判检测,提出一种基于KNN算法的大型汽车模拟隧道行驶项目压线评判算法。KNN算法利用多个相位式激光测距传感器回传的数据,准确地判断出车轮是否压线。经检测本文提出的算法精度可达99%。