一种脉冲-相位式激光测距仪的设计

　　0　引　　言

　　激光测距仪具有测量精度高、准直性好、抗干扰能力强等一系列优点,在各种测量行业中得到了广泛的应用。激光测距可以分为脉冲式和相位式两种类型。脉冲式激光测距仪存在测量精度不高的问题。相位式激光测距仪则存在距离模糊,现代相位式激光测距,多采用多频率测量的方式解决这个问题,但是多辅频相位测距仪体积大,成本高。

　　直接数字频率合成(Direct Digital Synthesis) DDS技术与传统的PLL频率合成技术相比,具有高稳定性、低漂移和高分辨率等特点,这对于需要产生高稳定性、高精度的相位激光测距系统是非常有利的,也由此可以在整个系统中忽略频移的影响。DSP数字处理芯片用来实现对相位差的计算具有高速准确等一系列优点[3]。本系统充分利用了脉冲和相位式激光测距各自的优点,用脉冲测量增加测量距离的同时通过数字鉴相提高距离的分辨率,运算速度快,测量精度高的同时具有抗干扰能力强、体积小、重量轻等特点。

　　1　激光测距的原理

　　1.1　脉冲式激光测距原理

　　脉冲激光测距是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来实现对被测目标的距离测量,测量公式为:

　　式中:L是测量距离,c是光速,t是测距信号往返时间。通过计算高频计数脉冲的个数来实现测距,这种测距一般要求激光器的输出功率大不利于仪器的小型化以保证测量距离远,但是测距精度较差。

　　1.2　相位式激光测距原理

　　相位式测距是通过将高频正弦调制信号加载到激光器上,利用发射信号和接收信号之间的相位差所含有的距离信息来实现对被测目标距离的测量,相位法测距的公式：

　　式中:D是待测的距离,c是光速,θ是检测到的相位差,f是光波的调制频率,这是一种间接测距法,只要检测到发射信号和接收信号之间的相位差,就能求出被测量的距离。传统的相位式测距一般采用连续光源激光器,测程较短,需要合作目标。但是由于使用了调制等技术,存在着较高的精度。现在的相位式激光测距仪多采用多辅助频率的方式来提高测量距离,但是这样一般对信号的频率要求更高,稳定度要求也更高[1,4]。

　　1.3　脉冲相位式激光测距仪

　　脉冲相位法测距综合了脉冲式和相位式的优点,其基本原理是发射端发出按某一频率周期变化的调制光波,发射的同时由调制信号打开粗测脉冲计数器阀门,开始计数,发出的光波到达被测目标后反射,在接收端接收光波的回波并比较接收信号和参考信号的相位差(同时关闭粗测计数器结束脉冲计数)计算待测距离。测距公式为