本文關(guān)鍵詞：基于全相位譜分析鑒相的高精度脈沖相位式激光測距系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著當(dāng)前工程領(lǐng)域中對大型設(shè)備運(yùn)動位姿的測量指標(biāo)要求越來越高,高精度的位置與距離測量需求也越來越受到關(guān)注。當(dāng)前主流的測距技術(shù)及儀器在應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中時往往受到各種限制(如量程、精度等),不能夠滿足大型設(shè)備的測距要求。國外激光全站儀儀器,測距精度已經(jīng)達(dá)到0.6mm±1ppm,但對于大型設(shè)備要求高量程高精度的特殊場合,現(xiàn)有測距儀器尚有不足。本文主要在理論研究和仿真實(shí)踐的基礎(chǔ)上,提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)量程300m以上,精度0.3mm以內(nèi)且采樣率較高的新型激光測距方案。該系統(tǒng)采用脈沖相位法相結(jié)合的激光測距方案進(jìn)行仿真分析和仿真結(jié)果對比,并對該方案實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析。為發(fā)展大量程高精度的測距方法及滿足距離測量中的新要求提供理論和技術(shù)參考。論文完成的主要工作有:1、介紹當(dāng)前激光測距的現(xiàn)狀,對目前典型的激光測距方法的原理進(jìn)行介紹,對比分析各自的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合脈沖法與相位法在測距系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)基于脈沖相位法相結(jié)合的激光測距新方案。2、對脈沖相位法激光測距實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析,主要針對性能指標(biāo)銜接技術(shù)、脈沖法粗測方案和相位法細(xì)測方案三個方面進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研究。結(jié)合粗側(cè)和細(xì)測兩部分的實(shí)現(xiàn)完成系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)。3、根據(jù)整體系統(tǒng)方案中的信號流走向,分析可能影響精度的誤差來源,給出空氣折射率的補(bǔ)償方案和非同步采樣的改進(jìn)思路。4、由于脈沖相位法相結(jié)合的激光測距系統(tǒng)中決定測距精度的關(guān)鍵因素是鑒相誤差,使用MATLAB其鑒相性能進(jìn)行仿真證明。使用Simulink對系統(tǒng)整體流程進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證該激光測距方案的可行性。
【關(guān)鍵詞】：激光測距 脈沖相位式 時間間隔 全相位FFT
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號對照表11-12
• 縮略語對照表12-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 論文的研究背景16-17
• 1.2 激光技術(shù)與激光測距的發(fā)展及現(xiàn)狀概述17-20
• 1.2.1 激光技術(shù)的發(fā)展概述17
• 1.2.2 國外激光測距技術(shù)的發(fā)展概述17-18
• 1.2.3 國內(nèi)激光測距技術(shù)的發(fā)展概述18-19
• 1.2.4 激光測距儀器的特點(diǎn)及分類19-20
• 1.2.5 激光測距技術(shù)的發(fā)展趨勢20
• 1.3 論文研究目標(biāo)20-21
• 1.4 論文工作及章節(jié)安排21-22
• 第二章 激光測距理論與系統(tǒng)22-34
• 2.1 激光測距原理22-30
• 2.1.1 三角法激光測距22-24
• 2.1.2 干涉法激光測距24-25
• 2.1.3 脈沖式激光測距25-26
• 2.1.4 相位法激光測距26-30
• 2.2 激光測距方法的比較和改進(jìn)30-31
• 2.2.1 典型激光測距方法的比較30
• 2.2.2 激光測距方法的改進(jìn)30-31
• 2.3 激光測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)31-32
• 2.3.1 激光測距系統(tǒng)整體框架31
• 2.3.2 激光測距系統(tǒng)模塊介紹31-32
• 2.4 小結(jié)32-34
• 第三章 脈沖相位式激光測距系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究34-52
• 3.1 脈沖法與相位法的結(jié)合34-38
• 3.1.1 脈沖計(jì)時粗測性能34-37
• 3.1.2 相位測量細(xì)測精度37-38
• 3.2 脈沖計(jì)時方案設(shè)計(jì)38-46
• 3.2.1 時刻鑒別方法39-41
• 3.2.2 常用時間間隔測量法41-44
• 3.2.3 脈沖計(jì)時方案44-46
• 3.3 相位測量方案設(shè)計(jì)46-51
• 3.3.1 差頻鑒相技術(shù)46-47
• 3.3.2 相位測量方法47-49
• 3.3.3 相位測量方案49-51
• 3.4 激光測距系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)方案51
• 3.5 小結(jié)51-52
• 第四章 精度分析與改進(jìn)52-62
• 4.1 測距誤差的最要來源52
• 4.2 比例誤差的影響52-55
• 4.2.1 光速0c的誤差影響53
• 4.2.2 調(diào)制信號頻率f的影響53-54
• 4.2.3 大氣折射率n的誤差影響及改進(jìn)54-55
• 4.3 固定誤差的影響55-60
• 4.3.1 全相位FFT相位計(jì)算精度56-57
• 4.3.2 頻率偏差的影響57-58
• 4.3.3 采樣同步性的影響及改進(jìn)58-59
• 4.3.4 諧波或噪聲的影響59-60
• 4.4 小結(jié)60-62
• 第五章 全相位FFT鑒相方案及仿真62-84
• 5.1 全相位FFT譜分析原理62-64
• 5.2 采樣速率與采樣點(diǎn)數(shù)64-65
• 5.3 apFFT與FFT鑒相性能仿真結(jié)果65-70
• 5.3.1 非整周期截?cái)嗟姆嘤绊?/span>65-68
• 5.3.2 頻率偏移影響下的鑒相性能68-69
• 5.3.3 高斯白噪聲影響下的鑒相性能69-70
• 5.3.4 白噪聲和頻移共同影響下的鑒相性能70
• 5.4 全相位FFT算法實(shí)現(xiàn)70-75
• 5.4.1 apFFT數(shù)據(jù)預(yù)處理71-73
• 5.4.2 全相位數(shù)據(jù)FFT計(jì)算相差73-75
• 5.5 測距系統(tǒng)仿真分析75-83
• 5.5.1 發(fā)射模塊建模75-76
• 5.5.2 傳輸模塊建模76-77
• 5.5.3 接收模塊建模77-78
• 5.5.4 信號處理模塊建模78-81
• 5.5.5 仿真結(jié)果81-83
• 5.6 小結(jié)83-84
• 第六章 總結(jié)與展望84-86
• 6.1 總結(jié)84
• 6.2 展望84-86
• 參考文獻(xiàn)86-88
• 致謝88-90
• 作者簡介90-91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：781787