相位法激光测距仪的研究
《相位法激光测距仪设计》
《相位法激光测距仪设计》摘要：I.引言- 激光测距仪背景和应用- 相位法激光测距仪的优势II.相位法激光测距仪原理- 相位法基本原理- 激光测距仪系统构成III.相位法激光测距仪设计- 系统硬件设计- 激光发射器- 激光接收器- 数字鉴相器- 系统软件设计- 相位差计算- 距离计算IV.相位法激光测距仪应用- 军事领域- 民用领域V.结论- 相位法激光测距仪的优势- 发展前景正文：激光测距仪是一种利用激光技术测量物体距离的仪器，广泛应用于军事、民用等领域。
相位法激光测距仪作为其中一种类型，具有高精度、高效率等优势，成为近年来研究的热点。
相位法激光测距仪基于相位法原理，通过检测发射光和反射光之间的相位差来检测距离。
其系统构成主要包括激光发射器、激光接收器、数字鉴相器等部分。
其中，激光发射器负责发射激光束，激光接收器负责接收反射光，而数字鉴相器则负责计算相位差。
在设计相位法激光测距仪时，需要考虑系统硬件和软件的设计。
在硬件方面，激光发射器和接收器需要具有较高的稳定性和精度，以保证测量结果的准确性。
此外，数字鉴相器的设计也非常重要，其性能直接影响到相位差计算的准确性。
在软件方面，相位差计算和距离计算的算法需要优化，以提高计算速度和精度。
相位法激光测距仪在军事和民用领域具有广泛的应用前景。
在军事领域，相位法激光测距仪可以应用于侦查、定位、导航等方面，提高作战效率和精度。
在民用领域，相位法激光测距仪可以应用于土地测量、建筑测量、无人机导航等领域，为生产生活提供便捷。
总之，相位法激光测距仪具有显著的优势，其设计和应用值得进一步研究和探讨。
三维激光扫描仪中测距的方法与特点
三维激光扫描仪中测距的方法与特点《三维激光扫描仪中测距的方法与特点》激光扫描技术是一种高精度的三维测量方法，主要用于建筑设计、制造业和文化遗产保护等领域。
测距是其中最基本的功能之一。
本文将介绍三维激光扫描仪中常用的测距方法和其特点。
一、相位测距法相位测距法是三维激光扫描仪中应用较为广泛的一种测距方法。
该方法基于激光光束的干涉原理，通过测量光束在发射和接收之间传播的距离差来获取目标物体的距离信息。
在扫描仪的计算系统中，利用光电二极管或其他传感器记录下光束经过的相位差，进而计算出目标物体的距离。
相位测距法具有较高的精度和测量范围，适用于大多数测距场景。
二、时间差测距法时间差测距法是另一种常用的测距方法。
该方法利用激光光束从发射到接收所需的时间来计算目标物体的距离。
通过激光脉冲的发射和接收时间的记录，结合光在空气中的传播速度，可以精确计算出测量目标与激光扫描仪之间的距离。
相较于相位测距法，时间差测距法的优势在于简单、快速，适用于运动目标的测量。
三、特点与应用三维激光扫描仪中测距的方法具有以下特点：1. 高精度：三维激光扫描仪能够实现毫米级的测量精度，具备非常高的测量精度，能够准确地捕捉目标物体的细节信息。
2. 高效率：激光扫描仪可以实现快速的数据采集，每秒钟可达到百万级的测量点，节省了大量的测量时间和人力成本。
3. 安全性：三维激光扫描仪在进行测量时通常使用红光激光束，与人眼视觉系统无害，无需担心安全问题。
四、总结三维激光扫描仪中的测距方法多样而灵活，可根据不同的测量需求选择合适的方法。
相位测距法和时间差测距法是两种常用的测距方法，各自具有优势和适用场景。
无论是高精度的建筑测量还是制造业中的质量控制，三维激光扫描仪都能够提供准确、快速且安全的测距解决方案。
激光测距实验报告(精)
一、激光测距简介：激光测距仪无论在军事应用方面，还是在科学技术、生产建设方面，都起着重要作用。
由于激光波长单一，测量精度高，且激光测距仪结构小巧，安装调整方便，故激光测距仪是目前高精度测距最理想的仪器。
激光器与普通光源有显著的区别，它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点：①激光有小的光束发散角，即所谓的方向性好或准直性好。
②激光的单色性好，或者说相干性好，普通灯源或太阳光都是非相干光。
③激光的输出功率虽然有限度，但光束细，所以功率密度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。
若激光是连续发射的，测程可达40公里左右，并可昼夜进行作业。
若激光是脉冲发射的，一般绝对精度较低，但用于远距离测量，可以达到很好的相对精度。
世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年，首先研制成功的。
美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。
1961年，第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验，对此后激光测距仪很快就进入了实用联合体。
激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。
它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。
由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测距仪。
国内外出现了一批新型的具有测距快、体积小、性能可靠等优点的微型测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。
激光测距仪-分类：一维激光测距仪用于距离测量、定位；二维激光测距仪（Scanning Laser Range finder）用于轮廓测量，定位、区域监控等领域；三维激光测距仪（3D Laser Range finder）用于三维轮廓测量，三维空间定位等领域。
激光测距-方法激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。
相位激光测距试验系统的研究
相位激光测距试验系统的研究徐匡迪;王春雨;谢新月;刘宗文【摘要】The phase laser range finder testing system is introduced in this article.The basic prin-ciples of phase laser range finder and the testing methods for the system are analyzed.The test of laser modulation frequency of the system is finished,and the modulation waveform is indicated on the display.%介绍了相位激光测距试验系统，分析了相位激光测距的基本原理及系统试验方法，对系统进行激光调制频率试验，由显示器显示出调制波形。
【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】3页(P65-67)【关键词】激光测距;相位;试验系统【作者】徐匡迪;王春雨;谢新月;刘宗文【作者单位】空军航空大学，吉林长春 130022;空军航空大学，吉林长春130022;空军航空大学，吉林长春 130022;空军航空大学，吉林长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TN2491 概述当前，非接触测距的方法主要包括电磁波测距、超声波测距和光学测距等。
激光技术诞生以后，激光测距很快得到应用，尤其是应用于长距离的探测。
激光测距是根据激光往返于目标的时间计算距离，测距不需要借助基线，具有一定的优越性。
激光测距仪可分为：一维激光测距仪，一般用于距离测量、定位；二维激光测距仪，一般用于轮廓测量、区域监控、定位等领域；三维激光测距仪，一般用于三维轮廓的测量、三维空间定位等领域。
此外，激光测距仪还能用来对人造卫星跟踪测距，测量飞机的飞行高度，对目标进行瞄准测距，以及进行地形测绘、勘察等。
激光测距 相位
激光测距相位激光测距相位法是一种常用的测量距离的技术方法，它利用激光器发射激光脉冲，通过测量激光的相位差来确定目标物体与测量仪器之间的距离。
该方法具有测量精度高、测量范围广、测量速度快等优点，被广泛应用于工业、建筑、医疗和科学等领域。
相位法是一种利用激光的光波特性进行测距的方法。
它的基本原理是利用激光脉冲的相位差来计算目标物体与测量仪器之间的距离。
激光脉冲发射时首先经过一个光调制器，光调制器可以控制激光的频率和相位，然后被目标物体反射回来，最后由一个接收器接收。
接收器接收到的激光脉冲经过信号处理后，测量出激光脉冲的相位差，进而计算出目标物体的距离。
在测量中，激光脉冲发射后，经过一段时间后，激光脉冲被目标物体反射回接收器。
激光脉冲的相位差就是指发射时刻和接收时刻的相位差。
可以通过测量激光脉冲的到达时间差或测量激光脉冲的相位差来计算出目标物体与测量仪器之间的距离。
在计算激光脉冲的相位差时需要考虑到激光的传播速度。
激光在真空中的传播速度为光速，而在大气中的传播速度则受到大气折射率的影响。
因此，在测量中需要将激光传播的时间与激光的相位差进行转化，从而得到准确的距离值。
激光测距相位法具有许多优点。
首先，它具有测量精度高的特点。
由于激光的相位差可以精确地测量，在近距离的测量中，可以达到亚毫米级别的测量精度。
其次，激光测距相位法的测量范围广。
激光的传播速度非常快，而且激光脉冲的相位差可以进行很大的可调范围，因此可以实现从几毫米到几百米甚至几千米的距离测量。
此外，激光测距相位法还具有测量速度快的特点。
激光脉冲的传播速度很快，在实际应用中可以实现实时测距，适用于需要快速测量的场合。
激光测距相位法被广泛应用于许多领域。
在工业领域，激光测距相位法可以用于测量物体的尺寸、位置和形状，为生产加工提供重要的参数。
例如，在汽车制造中，可以利用激光测距相位法测量车身外形的尺寸，以确保其符合设计要求。
在建筑领域，激光测距相位法可以用于测量建筑物的高度、宽度和倾斜度等参数，为建筑设计和施工提供参考。
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
相位式激光测距原理
相位式激光测距原理
相位式激光测距原理是一种利用光学原理测量物体距离的方法。
其基
本原理是将激光束发送到目标物体，经过反射后接收回来，然后根据
光的相位差计算出物体到激光测距仪的距离。
下面将会逐一讲解相位
式激光测距原理的详细内容。
1. 激光的发射
相位式激光测距仪通过激光器发射一束定向、单色、激光光束，将激
光传输到目标体上。
2. 激光的接收
激光的接收有两种方法，其中一种可以使用普通的接收型光电二极管
来完成，另一种则需要使用相位测量的方法。
3. 相位差的测量
通过对激光发射时和接收时的相位差进行测量，得到目标到发射点的
距离，这个距离与光的波长有关。
4. 数据的处理
将测得的距离进行处理后，即可得到精确的目标距离数据，同时在数
据处理的过程当中，还可以实现自动跟踪，提高了装置的实用性。
总之，相位式激光测距原理是一种非常先进和高精度的测距方法，其
原理也比较复杂，需要参考一定的物理学知识，而在工业、航空航天、军事等领域都有广泛的应用。
相位式激光测距仪激光接收部分设计
相位式激光测距仪激光接收部分设计激光测距仪是一种测量目标物体距离的工具，其原理是利用激光束在空气中传播的特性，通过测量激光束的往返时间来计算出目标物体与测距仪的距离。
激光接收部分是激光测距仪的核心组成部分之一，其设计的好坏直接影响到测量结果的准确性和稳定性。
在设计激光接收部分时，需要考虑以下几个关键因素：1.激光接收器的选择：激光接收器是接收激光信号的关键部件，其性能直接影响到激光测距仪的灵敏度和测距范围。
常见的激光接收器有光电二极管（PD）和光电效应晶体管（APD）。
PD具有较高的响应速度和较低的噪声，适用于近距离测距场景；APD具有较高的增益和较低的噪声，适用于远距离测距场景。
2.光学系统的设计：光学系统包括透镜、滤波器等光学元件，其作用是将入射的激光束聚焦到激光接收器上。
在设计光学系统时需要考虑激光束的聚焦效果、散斑噪声等因素，以提高测距仪的测量精度和信噪比。
3.信号放大和滤波电路的设计：激光接收器输出的信号很弱，需要经过放大和滤波才能得到可信的测距信号。
放大电路可以采用运算放大器等电路实现，滤波电路可以采用RC滤波器或数字滤波器等实现。
通过合理设计放大和滤波电路，可以提高信号的噪声抑制和动态范围。
4.时间测量电路的设计：激光测距仪是通过测量激光束的往返时间来计算距离的，因此需要设计一个高精度的时间测量电路。
常用的时间测量电路有计数器、时钟等，可以通过采样和比较测量激光脉冲信号的上升沿和下降沿来计算出往返时间。
在设计激光接收部分时，还需考虑以下一些技术细节：5.温度补偿：激光测距仪的测量精度受到温度的影响，尤其是光学元件和电子元件的温度变化。
因此，需要设计温度补偿电路，通过测量环境温度并补偿光学和电子元件的参考值，提高测量精度。
6.光路对齐：激光测距仪的激光发射和接收部分需要在一条直线上对准，才能确保测量结果的准确性。
因此，需要设计一个精密的光路对齐机构，确保激光束的传输方向稳定。
7.防干扰设计：激光测距仪易受到外界光源干扰，导致测量结果偏差。
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ｉｓｏｌａｔｉｏｎｒ ａｔｉｏｉ ｓａ ｓｈ ｉｇｈａ ｓ２ ７ｄＢ．
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｈ ａｓｅｌａ ｓｅｒｒａ ｎｇｅｆ ｉ ｎｄｅｒ，ｄｉ ｇｉｔａｌｐｈ ａｓｅｄ ｅｔｅｃｔｏｒ；ｐ ｈａｓｅ：ｍ ｉｘｅｒ
独 创性 （或创 新性 ）声 明
本 人 声 明所呈交 的论 文是我个人在导师指导下进行 的研究 工作及 取得 的研究
成果。尽我所知 ，除了文中特 别加 以标注和致谢 中所罗列的内容外，论文中不包
摘要
摘要
激 光测 距 是随着激光技术的发展而发展起来的一种精密测量技术。因其良好 的精确度特性而广泛的应用在军事和民用领域。
本文 的 主 要工作是： 介绍 了 相 位式激光测距的测距原理，在此基础之上，提出了一种实用的相位 式激光测距方案。
完成 了 激 光测距仪整体电路的规划，设计和调试了整个电路的硬件、软件。 完成 了 基 于可编程逻辑器件和单片机的数字鉴相器的硬件电路设计，并用硬 件描述语言和单片机语言完成了可编程器件和单片机内部的程序，实现了鉴相器 的功能。实验证明，鉴相器精度超过千分之一。 用双 栅 场 效应管作混频器，在高频下混频器的两路输入信号隔离度很高，解 决了高低频测距光尺的干扰问题。实验验证电压隔离度为 ２７ｄＢ以上。 若将 此 种 测距仪进行改造，该仪器在汽车防撞系统，房屋土地面积的丈量，
Ｉｎｔ ｈ ｉｓ ｐ ａ ｐｅｒ，ｔｈ ｅｍ ａｊｏｒｔａ ｓｋｓａｒ ｅａｓ ｆｏ ｌｌｏｗｓ： Ｔｈ ｅｐ ｒｉｎ ｃｉｐｌｅｏ ｆｐ ｈａｓｅｌ ａｓｅｒｒａ ｎｇｅｆ ｉｎｄｅｒｉｓ ｄ ｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａ ｐ ｒａｃｔｉｃａｌｒａ ｎｇｅｆ ｉ ｎｄｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇｌａ ｓｅｒｄ ｉｏｄｅｉｓ ｄ ｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔ ｈｅｃ ｉｒｃｕｉｔｓｉｎ ｃｌｕｄｉｎｇＲ Ｆ，ＩＦ ａ ｓｗ ｅｌｌａｓ ｄ ｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌｐｒ ｏｃｅｓｓｉｎｇｃ ｉｒｃｕｉｔｓｕ ｓｅｄｆｏ ｒｐｈ ａｓｅｌａ ｓｅｒｒａ ｎｇｅｆｉ ｎｄｅｒａｒ ｅｃ ｏｍｐｌｅｔｅｄ． Ｔｈｅ ｓｙ ｓｔｅ ｍｉ ｓｄ ｉｖｉｄｅｄｉｎ ｔｏｓ ｅｖｅｒａｌｍ ｏｄｕｌｅｓｂａ ｓｅｄｏ ｎｔｈ ｅｆｕ ｎｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈ ｅｃ ｉｒｃｕｉｔｓｏｆ ｅｖｅｒ ｙｍ ｏｄｕｌｅａ ｒｅｄ ｅｓｉｇｎｅｄａ ｎｄｄ ｅｂｕｇｇｅｄ．Ａ ｌｌｔｈ ｅｐ ｒｏｇｒａｍｓｉｎ Ｃ ｏｍｐｌｅｘＰ ｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＬｏｇｉｃＤ ｅｖｉｃｅａ ｎｄＭ ｉｃｒｏＣ ｏｎｔｒｏｌＵ ｎｉｔｅａｒ ｅｍ ａｄｅａｎ ｄｄ ｅｂｕｇｇｅｄ． Ｔｈｅ ｄ ｉｇｉ ｔａｌｐ ｈａｓｅｄ ｅｔｅｃｔｉｎｇｃ ｉｒｃｕｉｔｉｓ ｄ ｅｓｉｇｎｅｄｂ ａｓｅｄｏ ｎＣ ｏｍｐｌｅｘＰ ｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＬｏｇｉｃＤ ｅｖｉｃｅａ ｎｄＭ ｉｃｒｏ－Ｃｏｎｔｒ ｏｌＵ ｎｉｔｅ；Ａ ｌｌＣ ｐ ｒｏｇｒａｍｓｕｓ ｅｄｉｎ ｔｈ ｅＭ ｉｃｒｏＣ ｏｎｔｒｏｌＵ ｎｉｔｅ ａｎｄａ ｌｌＨ ａｒｄｗａｒｅＤ ｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎＬ ａｎｇｕａｇｅｐ ｒｏｇｒａｍｓｏ ｆｔｈ ｅＣ ｏｍｐｌｅｘＰ ｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬ ｏｇｉｃ
日期：ｚｏ－ｄｌ‘ｙ．４
关于论 文Leabharlann 用 授权 的说 明本 人 完 全 了解西安 电子科技 大学有关保留和使用学位论文 的规定 ，即：研究 生在校攻读 学位期间论 文工 作的知识产权单位属西安 电子科技 大学。本人保证毕 业离校后 ，发表论文或 使用论文工作成果 时署 名单位仍然 为西安电子 科技大 学。
含其他人 已经发表或撰 写过的研究成果 ；也 不包 含为获得西安电子科技大学或其
他教育机构的学位 或证书而使用过 的材料 。与我一同工作的同志对本研究所作的
任何贡献均 己在论文中做了明确的 说明并表示了谢意。
申请 学 位 论文与资料若有不实之处，本人承担一切相 关责任 。
本人签名：绳太．＇ ５Ｃ＇
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅ ｌａ ｓｅ ｒｒａ ｎｇｆ ｉ ｎｄｅｒｉｓ ａ ｐ ｒｅｃｉｓｉｏｎｍ ｅａｓｕｒｉｎｇｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗ ｈｉｃｈｉｓ ｗ ｉｄｅｌｙｕ ｓｅｄｉｎ ｔｈｅｍ ｉｌｉｔａｒ ｙｆ ｉｅｌｄａ ｎｄｔｈ ｅｃ ｉｖｉｌｆ ｉｅ ｌｄｉｎ ｗ ｈｉｃｈｈ ｉｇｈａ ｃｃｕｒａｃｙｉｓ ｎｅ ｅｄｅｄ．
Ｄｅｖｉｃｅａ ｒｅｆ ｉ ｎｉｓｈｅｄ．Ｔ ｈｅ３ ｍｍｐ ｒｅｃｉｓｉｏｎｏ ｆｔｈ ｅｄ ｉｇｉｔａｌｐｈ ａｓｅｄ ｅｔｅｃｔｏｒｉｓ ｏ ｂｔａｉｎｅｄｉｎ ｔ ｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．
Ｄｕ ａｌ－ Ｇａ ｔｅＭ ＯＳＦＥＴｉ ｓｕ ｓｅｄａ ｓｍ ｉｘｅｒａｎ ｄｔ ｈｅｈ ｉｇｈｉ ｓｏｌａｔｉｏｎｏ ｆｔｈ ｅｍ ｉｘｅｒｂ ｅｔｗｅｅｎ
野外勘测等诸多领域 也有着广泛应用 。
关键词 ： 激光测距：数字鉴相；相位：混频器
一
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ＡＢ Ｓ ＴＲ Ａ Ｃ Ｔ