發(fā)布時(shí)間：2020-08-20 22:40

【摘要】：基于激光飛行時(shí)間法的測(cè)距技術(shù)可分為三種：激光脈沖法測(cè)距、激光調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距和激光相位法測(cè)距。激光相位法測(cè)距更適合于從幾十厘米到幾百米范圍的測(cè)距,目前在這個(gè)范圍內(nèi)它能達(dá)到毫米級(jí)的精度。因此,在諸如大尺寸的形位測(cè)量、機(jī)器人導(dǎo)航和目標(biāo)識(shí)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(cè)距分辨率的主要措施,但是在高頻激光相位法測(cè)距中,相位差的測(cè)量精度會(huì)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(cè)器噪聲等的影響而降低,從而測(cè)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(cè)距精度。 本文的主要工作如下： 將近年來(lái)光通訊技術(shù)中出現(xiàn)的射頻馬赫曾德?tīng)柟饫w電光調(diào)制器引入到激光相位法測(cè)距技術(shù),對(duì)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(gè)數(shù)量級(jí)至分米波,同時(shí)避免了半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)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(hào),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(guò)大的缺點(diǎn),產(chǎn)生適應(yīng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的更高的頻率信號(hào),且頻率步進(jìn)間距達(dá)1Hz以下、信號(hào)雜散和噪聲小、頻率切換時(shí)間為微秒級(jí)。 提出差分式測(cè)距光路,引入光纖光路切換開(kāi)關(guān),用待測(cè)光路的相位差減去零位光路的相位差,以差分測(cè)量的方式消除電路的相位差漂移,提高相位差的測(cè)量精度。 提出移相相關(guān)法計(jì)算相位差,解決了傳統(tǒng)的相關(guān)法在0�；蛘�180°附近時(shí)計(jì)算的相位差會(huì)出現(xiàn)很大誤差的問(wèn)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(jì)偏差。理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測(cè)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(cè)距裝置的設(shè)計(jì)、調(diào)試和測(cè)距實(shí)驗(yàn)。對(duì)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(hào)、低噪聲功率放大后的正弦信號(hào)、外調(diào)制器的輸出光信號(hào)以及外調(diào)制器的半波電壓等進(jìn)行了測(cè)試,以及對(duì)實(shí)際制作的激光相位法測(cè)距裝置的穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)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(duì)比測(cè)試。測(cè)試表明,正弦調(diào)制信號(hào)的相位噪聲小,電路引起的相位差抖動(dòng)小,在2m范圍內(nèi)的距離測(cè)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN249

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本文編號(hào)：2798531