长春理工大学光电工程学院相位激光测距仪方案设计
基于相位法的激光测距系统设计与仿真
基于相位法的激光测距系统设计与仿真
激光测距作为一种测量技术,与其它测量手段相比,因其具有非接触式、测量速度快、测量精度高、测量距离远、抗干扰能力强等独特优势而被广泛应用于多种领域。
在智能交通领域中,如汽车防撞系统、无人驾驶汽车等,都是通过车辆上安装的激光测距传感器实现道路安全识别的功能,激光测距技术的应用对于道路交通安全起到了重大作用。
针对国内激光测距中测量精度不高,设计复杂等问题,本论文从多种角度分析了影响激光测距系统精度的因素,以提高系统测量精度、简化系统电路结构、降低系统设计成本为目标,设计了一种基于相位法的激光测距系统。
在相位法测距原理和差频测相原理的理论基础支撑上,搭建了基于相位法的激光测距系统。
在时钟生成模块,设计了基于CPLD控制的LMK04000时钟生成电路,在分析了时钟相位噪声对测量系统误差影响以及时钟信号中谐波对系统测量的影响,提出了简化时钟电路的设计方案。
通过分析光电二极管放大电路的噪声以及系统的最远可探测距离影响因素,对光电二极管放大电路进行了优化设计,降低了电路输
出总噪声;改进了激光调制驱动电路,提高了驱动电路的驱动功率。
设计了差频输出模块电路,将高频信号频率降至低频信号,降低了对于AD芯片的采样频率要求。
在完成系统电路设计的基础上,对系统各模块电路进行了仿真,通过仿真结果可
以看出各个模块电路能够实现其相应功能,验证了系统的可行性。
本论文设计的基于相位法的激光测距系统基本可以达到预期的设计要求。
激光测距仪项目实施方案
激光测距仪项目实施方案一、项目背景二、项目目标1.开发一种最大测量距离为100米、精度小于1毫米的激光测距仪；2.实现便携式设计，方便携带和操作；3.开发用户友好的界面，方便用户进行测量并显示测量结果。
三、项目计划1.需求调研：对市场需求和竞争对手进行调研，了解用户对激光测距仪的需求以及市场上已有的产品特点。
2.技术研究：对激光测距原理进行深入研究，了解各项技术指标和关键技术，制定技术实现方案。
3.设计与开发：根据技术实现方案，进行激光测距仪的设计和开发，包括硬件设计、软件开发和界面设计等。
4.样机制作：制作激光测距仪的样机进行测试和验证，对原型进行调试和改进，确保其达到设计要求。
5.批量生产：根据样机的测试结果，进行生产工艺优化，并进行试生产，确保产品质量和生产效率。
6.市场推广：制定市场推广计划，将产品推广到目标用户群体中，提高产品知名度和销售量。
四、项目组织与人员分工1.项目经理：负责整个项目的组织和协调工作，对项目进度和质量进行监控和控制。
2.技术研究人员：负责对激光测距原理进行研究，制定技术实现方案。
3.硬件设计师：负责激光测距仪的硬件设计和样机制作。
4.软件工程师：负责激光测距仪的软件开发和界面设计。
5.测试与质量控制人员：负责对激光测距仪的样机进行测试和验证，确保产品达到设计要求。
6.市场推广人员：负责市场调研和产品推广，提高产品知名度和销售量。
五、项目风险分析与应对措施1.技术风险：可能由于技术原因导致测距仪的精度不达标。
为减小技术风险，项目组应加强技术研究，引入专家指导，并进行多次实验和测试，确保产品的精度满足要求。
2.供应链风险：可能由于供应商延迟交货或质量不合格导致项目进度延误。
为减小供应链风险，项目组应提前与供应商建立合作关系，并进行供应商的评估和监控。
3.市场风险：可能由于市场需求波动或竞争对手的竞争导致销售不达预期。
为减小市场风险，项目组应进行市场调研，确保产品的竞争力，并采取适当的市场推广策略，提高产品的知名度和销售量。
激光测距 毕业设计
激光测距毕业设计激光测距毕业设计近年来，随着科技的不断发展，激光测距技术在各个领域得到了广泛的应用。
激光测距技术以其高精度、高速度的特点，成为了许多工程项目中不可或缺的重要工具。
本文将探讨激光测距技术在毕业设计中的应用，并介绍其原理和实施方法。
首先，我们来了解一下激光测距技术的原理。
激光测距技术利用激光器发射出的激光束，经过目标物体的反射或散射后，由接收器接收到反射回来的光信号。
通过测量光信号的时间差，再结合光的传播速度，就可以计算出目标物体与激光器之间的距离。
激光测距技术的精度可以达到毫米级，非常适合进行精确测量。
在毕业设计中，激光测距技术可以应用于多个领域。
例如，在建筑工程中，我们可以利用激光测距技术来测量建筑物的尺寸和形状。
通过激光测距仪，我们可以快速准确地获取建筑物各个部位的距离，并据此进行建筑设计和施工规划。
这对于提高工程的质量和效率具有重要意义。
此外，在机械制造领域，激光测距技术也发挥着重要作用。
例如，在汽车制造过程中，我们可以利用激光测距技术来测量汽车零部件之间的间距和位置，以确保装配的精度和一致性。
同时，激光测距技术还可以用于检测机械零件的尺寸和形状，以及进行机械加工过程中的实时监控。
除了建筑工程和机械制造，激光测距技术还可以应用于其他领域。
例如，在地质勘探中，我们可以利用激光测距技术来测量地下岩层的厚度和距离，以帮助矿产勘探和地质灾害预测。
在环境监测中，激光测距技术可以用于测量大气污染物的浓度和分布，以及水体的深度和流速。
这些应用都对于保护环境和人类生活具有重要意义。
在实施激光测距技术的毕业设计中，我们需要选择适当的激光测距仪和相关设备。
目前市场上有许多不同型号和品牌的激光测距仪可供选择，我们需要根据具体需求来进行选择。
同时，我们还需要学习激光测距技术的基本原理和操作方法，以确保测量的准确性和可靠性。
在进行实际测量时，我们需要注意一些技巧和注意事项。
首先，为了提高测量的精度，我们需要保持激光测距仪与目标物体之间的垂直关系。
激光测距仪项目实施方案
激光测距仪项目实施方案
技术性强
一、项目概述
本项目是采用激光测距技术研发激光测距仪，用于利用单跳红外光来测量一些目标物之间的距离，并将测量的距离信息输出用于其他应用。
本项目主要可以实现以下几个功能：根据激光测距测量距离，显示精度高达1cm，测量范围可达到：2m；具备触发功能，可以自动测量距离；可以通过串口向其他设备输出采集的距离值。
二、技术要求
1.激光测距距离测量范围：2m，测量精度：±1cm；
2.具备触发功能：可以通过宏指令（触发信号）来触发传感器，自动测量距离；
3.串口输出模式：支持RS232/RS485/TTL等串口输出；
4.电源要求：DC8V-15V，比如电池等；
5.封装规格：圆形封装，径53mm×高48mm；
6.工作环境：温度-10℃~70℃，湿度20%~90%RH(无凝露)；
7.噪声抑制技术：使用高精度数字滤波算法对目标信号进行抑制。
三、硬件设计
1.激光发射模块：采用红外发射二极管和隔离放大模块组成；
2.接收模块：采用红外接收二极管和隔离放大模块组成；
3.电路模块：采用模拟前端与数字后端模块结合，控制信号与激光信号之间的相互调节；。
激光测距 方案
激光测距方案1. 引言激光测距是一种常见的测量技术，它利用激光束的发射和接收时间来计算物体与测量仪之间的距离。
该技术广泛应用于工程测量、建筑设计、机器人导航等领域。
本文将介绍一种基于激光测距的方案，包括硬件设计和软件算法。
2. 硬件设计2.1 激光发射器激光发射器用于发射激光束。
常见的激光发射器包括激光二极管和激光二极管阵列。
我们选择使用激光二极管阵列，因为它可以发射多个激光束，增加测距的准确性和稳定性。
2.2 光电接收器光电接收器用于接收激光束的反射信号。
常见的光电接收器包括光电二极管和光电二极管阵列。
我们选择使用光电二极管阵列，因为它可以接收多个激光束的反射信号。
2.3 微控制器微控制器用于处理激光发射和接收的信号，并进行距离计算。
我们选择使用高性能的ARM微控制器，它具有足够的计算能力和接口来实现测距算法。
2.4 电源和外设为了正常运行激光测距系统，我们需要提供稳定的电源和适当的外设，如电源管理模块、外部存储器等。
3. 软件算法激光测距的软件算法主要包括激光发射控制、反射信号接收、时间计算和距离计算。
3.1 激光发射控制通过微控制器控制激光发射器发射激光束。
我们可以使用脉冲调制技术控制激光的发射时间和频率，以及调整激光束的强度和方向。
3.2 反射信号接收通过光电接收器接收激光束的反射信号。
我们可以使用模拟信号放大电路将光电接收器的输出信号放大，并使用采样电路将连续信号转换为数字信号。
3.3 时间计算通过微控制器对激光发射和接收的时间进行计算。
我们可以使用计数器或定时器来测量时间差，并将其转换为距离。
3.4 距离计算根据时间计算得到的距离差和传播速度，使用微控制器进行距离计算。
我们可以使用简单的数学公式，如速度等于距离除以时间，来计算物体与测量仪之间的距离。
4. 总结本文介绍了一种基于激光测距的方案。
通过合理选择硬件和设计相应的软件算法，我们可以实现高精度和稳定性的激光测距系统。
激光测距技术在工程测量、建筑设计、机器人导航等领域具有广泛的应用前景。
激光测距仪系统设计毕业设计论文
军事上装备的激光测距仪，重量一般为10kg左右，最小的只有0.36k用巨大的天线就可以发射极窄的光束。
3.分辨率高，抗干扰能力强
窄的光束和短的脉冲宽度，不仅使横向和纵向目标分辨率大大提高，而且不受电磁干扰和地波干扰，例如在导弹的初始阶段，微波测距由于严重的地波干扰而不能使用，激光测距却能得心应手。
德国博世(BOSCH)公司研制生产的手持式高精度激光测距仪，体积小巧，携带方便，广泛适用于房地产、室内装潢、建筑施工、测量测绘等众多领域。该公司研制生产的DLE150激光测距仪不但可以测量、校正、计算，而且可以非常快速地进行探测。它的测量范围为0.3m－150m,测量精度<±3mm,测量时间一般<0.5秒，测量分辨率为lmm,它采用先进技术，能测量高度，面积，数量，角度或斜面；可持续测量，用于测定固定参考点的最大或最小距离；间接测量功能，能对一些不能直接测量的距离，例如，房屋的墙高等进行间接测量；存储检索，检索最新存储的资料和最近20个测量结果：“显示激光光束”模式，激光光束会在测量过程中一直处于显示状态，可以快速准确地寻找测量目标；使用万能尾件可以对角落、平面和边缘进行测量；防尘防水设计。
Keywords:Laser ranging;Phase;Phase locked loop;Frequencymixer; Frequencydivider;Single chip microcomputer
第1章 绪论
1.1
随着科学技术的不断发展，人类在民用和军事领域，对距离量的测量要求非常广泛。测量范围和测量精度的要求都在不断增加，因此人类在不停研究新的测量方法和理论。近年来，激光技术迅速发展和完善，导致了光学及其应用技术的巨大革命，促进了物理学和相关学科的发展。激光器已被确认为20世纪最重要的发明之一。而激光技术的发展，标志着人们掌握和利用光波进入了一个新阶段。激光技术出现后，很快被应用到各种测量（大地测量、地形测量、工程测量、航空摄影测量以及人造地球卫星的观测和月球的光学定位等航天测量）中。与此同时，现代电子技术的飞速发展和光电器件性能的不断提高，使激光测距仪成为距离测量的主要仪器之一。
相位式激光测距原理及其技术实现
相位式激光测距技术实现（1）
一、激光调制的实现
由于采用多尺度测量，而且是运用间接测尺频 率方式和差频测相技术，这就要求系统必须有一套 高性能的频率发生装置，实现多种频率的高速切换。 而且为保证测量精度，要求频率发生器的精度很高。 传统的压控振荡器不仅频率稳定速度慢，而且频率 精度不高，不能胜任激光调制的任务。目前在电子 工程领域得到广泛应用的DDS(直接数字频率合成) 技术，非常适合作为这里对激光进行调制的频率源。
相位式激光测距技术实现（2）
DDS的原理框图
目前许多芯片公司都已生产了性能可观的DDS芯片， 如Standford公司的STEL2375，其最高工作频率可达 1GHz，输出信号带宽为400MHz，频率分辨力为mHz级。 可见，这些性能指标完全可以满足激光调制的需要。
相位式激光测距技术实现（3）
二、相位差测量的实现
相位式激光测距原理分析（4）
三、间接测尺原理（1）
上述的直接测尺频率方式在实际应用中会遇到频带过宽，测
相精度难以实现的问题。例如：要求测程100km，精度0.01m，
测相精度为1／1000，则对应的直接测尺长度为10150kHz，15MHz，频带宽近15MHz。
相位式激光测距原理分析（6）
四、相位差测量原理 （1）
主控振荡器信号 es1 =Acos(ωs t+ φs) 本地振荡器信号 el =Acos(ωl t+ φl) 接受到的信号 es2 =Acos(ωs t+ φs +Δφ)
相位式激光测距原理分析（7）
四、相位差测量原理（2）
混频后输出：
参考信号 er =Dcos[(ωs –ωl)t+(φs- φl)] 测距信号 es =Dcos[(ωs –ωl)t+(φs- φl)+ Δφ] 取ωs –ωl在几kHz到几十kHz，这样包含相位差信息的正弦信
激光测距系统的设计本科毕业论文
本科毕业论文（设计）激光测距系统的设计Design of laser ranging system毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
相位测距
基本原理相位式激光测距是通过测量连续的调制光波往返距离产生的相位延迟,间接的测定光在空气中往返于待测目标间的飞行时间,从而求出被测距离。
由激光调制发射系统、反射器、光电探测接收系统、频率综合部分(本振信号产生)、相位测量、以及显示部分组成。
由于测距的调制信号频率比较高,如果直接测量相位信息,则对测相芯片的分辨率要求比较高,而且误差比较大。
因此通常测距仪都采用了混频测相的方式对,高频信号与本振信号进行差频然后得到中低频信号,进行相位比较,后续通过AD转换和单片机把相位差信息转换成我们所需要的距离信息并且显示出来。
频率选择根据测距仪的设计需要,比如:测量精度、量程、计算简便,选择合适的测尺频率。
测尺频率可由下式确定:相位测量技术相位式激光测距仪中测距光波被接收以后通过测量相位差来计算光波飞行时间,因此相位测量是测距仪中关系到测距精度的一个关键部分。
主要的数字相位测量方法有以下几种:自动数字测相、欠采样同步检测法、向量内积法。
由于相位式激光测仪的测距要求精度比较高,测距光波的调制频率比较高,因此直接进行相位测量,则对器件的要求比较高,现在一般都釆用混频的方式与数字检相搭配使用,这样可以先把高频信号差频成中频或低频信号,然后再进行相位比较。
激光测距仪的总体设计1)采用波长为650mn的半导体激光器做光源,雪崩二极管做光电探测器;2)选用单一的直接测尺方式,测尺频率为lOMHz ,本地振荡信号频率为9.995MHz;3)用AD8002A做光电探测器前置放大电路和带通滤波器;4)用于测相的混频输出信号为5KHz,理论测尺长度为15米。
测相精度在毫米量级;5)使用AD8302做测相芯片,模数转换芯片将模拟信号转换成数字信号,传送给单片机控制系统,并且通过LCD显示出距离;6)采用窄带干涉滤光片来抑制带外噪声。
激光调制：利用有源晶体振荡器来产生lOMHz的高频振荡信号接入调制电路V端,测距回波接收部分光电器件：APD硅光电二极管在体积、响应速度、可靠性上相比其他元件都有非常好的特性，特别是硅材料制成的雪崩光电二极管（Avalanche Photo Diode，简称APD）。
激光测距仪系统设计
2、纲要 激光测距仪系统设计
整体 设计 方案
系统 硬件 部分
性能 要求
技术 特点
单激 片光 机发 的射 选部 型分
回信 波号 接处 收理 部部 分分
系统 软件 设计
机械 结构 设计
发 接信 射 收号 程 程处 序 序理 设 设程 计 计序
外支测 部架距 整结仪 体构外
型
3、 创新思路
• 1．根据相位式激光测距原理，采用测尺组合频率和差频测相的 方法完成测量，提高测量精度。
• 2. 提高整体的稳定性，降低消耗。 • 3. 采用模块形式提高电路的分辨率，克服电路系统中各个频率
的干扰。 • 4. 优化系统结构，采用支架式结构避免测量时系统晃动现象的
产生。
驱动L1
+
锁相产生 15.01MHz信号 作为本振1
15MHz有源晶 振信号作为主 振1
4、设计原理图
CPLD分频产 生1.5MHz信号 作为主振2
锁相产生 1.501MHz信号 作为本振2
光电转换器
1.5MHz回 波信号滤 波放大
15MHz回波 信号滤波放 大
混频器1
混频器2
10KHz滤波 放大
10KHz滤波 放大
正弦波变方 波
正弦波变方 波
用CPLD测量 15MHz信号发 射波与回波的相 差
混频器3
10KHz滤波 放大
正弦波变方 波
混频器4
激光测距仪系统设计
System Design of a Laser Range Finder
专 业： 学 号： 姓 名： 指导老师：
1、背景
• 目前空间目标距离的激光测量主要使用脉冲式激光测距方法和 相位式激光测距方法。脉冲式激光测距法主要是运用于长距离 的测量，但其精度不高。而相位测距法主要运用于短距离的测 量，但其测程较短。本设计采用多测尺测量法解决了测程和精 度的矛盾。
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相位激光测距仪方案设计 学生姓名 专业 学号 指导教师 学院
二〇一六年十一月 摘 要 随着半导体激光器、数字信号处理、精密机械等领域技术的飞跃发展，激光测距仪向着高精度、便携、高速，数字化的方向不断进步。本论文先介绍了激光测距的几种测距方法原理以及国内外现状，着重介绍了相位法测距原理，在这基础上设计了基于相位法测距原理的总体方案。
论文从发射系统和接受系统对总体设计进行了阐述，探讨了激光器选择，光电探测器的选择，光电接受电路，放大电路，混频电路等电路的设计，系统采用了激光二极管作为激光发射器，雪崩二极管作为光电探测器并对系统进行误差分析，最后进行总结和发现不足之处。
关键词 ：激光测距，相位式激光测距，光电检测，误差分析
目录 一绪论....................................................................................................................................... 3 1.1引言............................................................................................................................. 3 1.2激光测距 ..................................................................................................................... 3 1.2.1激光测距简介 .................................................................................................. 3 1.2.2激光测距方法 .................................................................................................. 3 1.3激光测距的优点 ......................................................................................................... 6 1.4国内外研究现状 ......................................................................................................... 6 1.5论文研究内容及章节安排 ......................................................................................... 7 第二章相位激光测距原理以及总体方案 ............................................................................... 7 2.1相位激光测距原理 ..................................................................................................... 7 2.2测相原理 ..................................................................................................................... 9 2.3系统整体方案设计 ................................................................................................... 10 第三章 系统设计部分的选择 ............................................................................................. 11 3.1发射部分 ................................................................................................................... 11 3.1.1激光器的选择 ................................................................................................ 11 3.1.2激光二极管的工作原理 ................................................................................ 11 3.1.3调制发射部分 ................................................................................................ 11 3.2接受电路部分 ........................................................................................................... 12 3.2.1光电探测器的选择 ........................................................................................ 12 3.2.2雪崩二极管工作原理 .................................................................................... 13 3.3光电接受电路设计 ................................................................................................... 13 3.3.1光电接收电路 ................................................................................................ 13 3.3.2放大电路设计 ................................................................................................ 13 3.3.3自动增益控制电路 ........................................................................................ 14 3.4其他需要考虑的电路部分 ....................................................................................... 14 3.4.1混频部分 ........................................................................................................ 14 3.4.2后级放大电路 ................................................................................................ 15 第四章相位式激光测距仪误差分析 ..................................................................................... 15 4.1元器件的稳定性 ....................................................................................................... 16 4.2频率误差 ................................................................................................................... 16 4.3电路系统误差 ........................................................................................................... 17 4.4光电探测器噪声引起的误差 ................................................................................... 17 4.5光学误差 ................................................................................................................... 18 第五章 总结和展望 ............................................................................................................... 18 参考文献 ................................................................................................................................. 20