高精度测相技术比较
高精度光学测量微位移技术综述
高精度光学测量微位移技术综述Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022高精度光学测量微位移技术综述***（******大学光电**学院，重庆 400065）摘要微位移测量技术在科学与工业技术领域应用广泛。
光学测量微位移技术与传统测量方法相比，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、防爆、结构简单、体积小、重量轻等优点。
本文介绍了几种高精度光学测量微位移的方法，从激光三角法、激光干涉法、光栅尺法、光纤光栅法、X射线干涉法和F-P干涉法几个类别对各种微位移测量原理和仪器进行了系统的分析和比较，并对各种方法的特点进行了归纳，对光学微位移测量方法的发展趋势进行了概括。
关键词：微位移测量，高精度，光学测量，发展趋势1 引言随着科学技术的发展，微小位移的检测手段已发展到多种，测量准确度也不断提高。
目前，高分辨力微位移测量技术主要分为包含电学、显微镜等测量方法的非光学测量技术和以激光干涉测量为代表的光学测量技术两大类。
电学测量技术又包括电阻法、电容和电感法以及电涡流法等，其中，电容和电感法发展迅速，较为常用。
目前，三端电容传感器可测出5×10－5μm的微位移，最大稳定性为每天漂移几个皮米[1]。
而显微镜测量技术种类较多，主要有高性能透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描探针显微镜（包括扫描隧道显微镜和原子力显微镜）等二十多个品种[2]。
按光学原理不同，光学测量技术可分为激光三角测量[3]、光杠杆法[1,4]、光栅尺测量法[5]、光纤位移测量法[5]和激光干涉法等，测量分辨力在几十皮米到几纳米之间。
此外，利用X射线衍射效应进行位移测量的X射线干涉技术近年来备受关注，其最大特点是以晶格结构中的原子间距作为溯源标准，可实现皮米量级的高分辨力，避免了光学干涉仪的各种非线性误差[6]。
现将主要的具有纳米量级及以上分辨力的微位移测量技术概括如表1所示。
纵观位移测量技术的发展历程，如果说扫描探针技术为高分辨力位移测量领域带来了革命性变革，那么近几十年来激光技术的发展则将该领域带入了一个崭新的时代。
二三代测序技术的介绍和比较
二三代测序技术的介绍和比较二代测序技术（也称为高通量测序技术）和三代测序技术是目前最常用的两种DNA测序技术。
下面将对这两种技术进行详细介绍和比较。
1.二代测序技术：二代测序技术的代表性平台包括Illumina HiSeq、Ion Torrent PGM 等。
其工作原理是将DNA样本切割为较短的片段，并通过PCR扩增产生大量的拷贝。
然后，这些片段被连接在测序芯片上，每个片段都被反复地鸟嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）、鸟嘧啶（G）四种碱基中的一种互补的碱基识读，并记录下与之相对应的碱基序列。
这些碱基序列最后被计算机软件组装为完整的DNA序列，进而获取样本的遗传信息。
优点：（1）高通量：可以同时测序数百万个DNA片段，获得庞大数量的数据。
（2）成本低廉：通过并行测序的方式，可以大大减少测序成本。
（3）高精度：二代测序技术的错误率较低，可以达到0.1%以下。
（4）测序速度快：每天可获得几百GB的数据。
缺点：（1）仅适用于短序列：由于二代测序技术的局限性，只能测序相对较短的DNA片段，对于长序列的测序存在困难。
（2）高度依赖参考序列：在组装过程中，需要有可靠的参考序列作为基础，否则可能出现组装错误。
（3）无法解析复杂的基因组结构：由于只能产生相对较短的序列片段，二代测序技术无法很好地解析复杂的基因结构，例如重复序列。
2.三代测序技术：三代测序技术的代表性平台包括PacBio SMRT、Oxford Nanopore等。
三代测序技术的特点是可以直接测量DNA单分子的临床序列。
该技术中的样本DNA被引入到小孔中，随后测序设备会通过测量DNA分子在小孔中的电信号变化来捕捉和记录碱基序列。
这种技术可以完整地获取较长的DNA片段，从而提供了更全面和准确的基因组信息。
优点：（1）长读长：能够测序较长的DNA片段，可以获得更全面和准确的基因组信息。
（2）无需参考序列：三代测序技术不需要依赖已知的参考序列，可以直接解析未知基因组。
高精度测量设备的校准方法
高精度测量设备的校准方法在现代科学和工程领域，高精度测量设备发挥着不可代替的作用。
准确测量的结果不仅可以用于科学研究，还可以指导工程设计和制造过程。
而为了确保测量结果的准确性和可靠性，校准高精度测量设备成为一项必要的任务。
为了实现高精度测量设备的准确校准，首先需要了解测量设备的类型和特征。
常见的高精度测量设备包括光学测量仪器、电子测量仪器和机械测量仪器等。
不同类型的测量设备具有不同的校准方法和要求。
对于光学测量仪器，最常见的校准方法是使用标准光源进行校准。
标准光源具有稳定的辐射强度和波长特性，可以用来校准光学仪器的检测灵敏度和波长响应等参数。
通过将光学测量仪器与标准光源进行比较，可以确定其测量误差和偏差，并进行相应的校准调整，以确保测量结果的精确度。
对于电子测量仪器而言，校准方法则涉及到电压、电流和电阻等物理量的测量。
常用的校准方法包括使用标准电压源和标准电流源进行比较校准，以及使用标准电阻进行阻值校准。
通过与标准源进行比较，可以确定电子测量仪器的测量误差和偏差，并进行相应的校准调整。
而机械测量仪器的校准则更多涉及到机械结构和运动特性的校准。
常见的校准方法包括使用标准测量尺子或目测法进行长度校准，使用角度角度表或电子经纬仪进行角度校准，以及使用力标准器或质量标准器进行力或质量的校准等。
通过与标准器进行比较或相互校准，可以确定机械测量仪器的测量误差和偏差，并进行相应的校准调整。
除了以上介绍的常规校准方法外，还有一些特殊的校准方法用于高精度测量设备。
例如，对于特殊的光学测量仪器，可以使用干涉仪或衍射仪等特殊光学装置进行校准；对于特殊的电子测量仪器，可以使用量子标准等特殊电子元件进行校准；对于特殊的机械测量仪器，可以使用激光干涉仪或全站仪等特殊测量装置进行校准。
这些特殊校准方法通常需要专业设备和技术来实施，能够提供更高精度的校准结果。
总的来说，高精度测量设备的校准方法是多样的，需要根据不同的测量设备类型和特点选择合适的校准方法。
千寻RTK
千寻RTK千寻RTK（Real-Time Kinematic）是一种高精度的全球定位系统（GPS）技术，它通过测量接收器和基站之间的相位差异，实现了对毫米级位置的实时测量。
本文将介绍千寻RTK 的工作原理、应用领域以及优势。
工作原理千寻RTK通过使用码伪造和相位观测技术，实现了对接收到的卫星信号的精确测量。
基站和移动接收器之间建立起差分连接，基站通过测量接收到的卫星信号的伪距并差分，然后将差分值通过无线信号传输给移动接收器。
移动接收器通过测量接收到的卫星信号的相位和伪距，与来自基站的差分值进行比较，从而得到精确的位置测量值。
应用领域土地测量和测绘千寻RTK的高精度定位能力使其在土地测量和测绘领域得到广泛应用。
传统的测量方法可能存在精度不高、时间消耗长的问题，而千寻RTK可以提供毫米级的测量精度，并且实时可用，大大提高了工作效率。
林业管理在林业管理中，千寻RTK可以用于测量树木的位置和高度，帮助林业工作者更好地管理和规划林地。
高精度的测量结果可以用于制定更有效的保护措施，确保林地的可持续利用。
农业和农药喷洒千寻RTK在农业领域的应用也很广泛。
农民可以利用千寻RTK来精确测量田地的边界和大小，从而更好地规划作物种植和农药喷洒。
这不仅可以节约资源，还可以减少农药的使用量，并提高农作物的产量和质量。
精准定位导航千寻RTK不仅可以用于测量位置，还可以用于精确定位导航。
在无人驾驶、航空航天和船舶等领域，精准的定位导航是非常重要的。
千寻RTK可以提供高精度的位置信息，帮助导航系统更准确地定位和导航。
高精度定位千寻RTK可以提供毫米级的高精度定位结果，远远超过传统的GPS技术。
这使得千寻RTK在需要高精度定位的应用领域具有巨大的优势。
实时可用千寻RTK可以实时提供位置测量结果，无需等待数据处理。
这对于需要实时反馈和决策的应用场景非常重要。
易于使用千寻RTK使用简单，只需要基站和移动接收器之间建立差分连接，即可开始测量和定位。
激光相位多普勒技术
激光相位多普勒技术
激光相位多普勒技术是一种用于测量目标速度的高精度光学测量方法。
它基于多普勒效应和激光干涉原理，常用于测速、运动检测和遥感等领域。
以下是关于激光相位多普勒技术的一些基本原理和应用：
基本原理：
多普勒效应：
多普勒效应是指当光源和观测者相对运动时，光的频率发生变化。
对于激光相位多普勒技术，激光被用来照射目标，目标反射的光发生多普勒频移，该频移与目标速度成正比。
相位测量：
利用激光干涉原理，测量目标反射光的相位差。
相位差与多普勒频移相关，通过测量这个相位差可以确定目标的速度。
激光干涉：
激光被分成两束，一束直接照射到目标，另一束经过光程延迟器后照射到目标。
两束光在目标处发生干涉，产生干涉图样。
目标的运动导致了相位差的变化，通过测量这个相位差可以计算目标的速度。
高精度测量：
激光相位多普勒技术具有高精度和高分辨率的优点，适用于需要非常精确速度测量的应用，如气象雷达、交通监控、激光雷达等领域。
应用领域：
气象雷达：
用于测量大气中的风速。
激光相位多普勒技术可以提供对风场的高分辨率测量，用于气象研究和天气预测。
交通监控：
用于测量车辆的速度，可应用于交通管理、高速公路监控等领域。
激光雷达：
在激光雷达中，激光相位多普勒技术可用于测量目标的速度，常用于军事、安防和导航系统中。
医学影像：
在医学成像中，激光相位多普勒技术可用于测量血流速度，常应用于超声血流仪等设备。
总体而言，激光相位多普勒技术在需要高精度速度测量的各种应用中发挥着重要作用，提供了一种非常灵敏和精准的测量手段。
测绘技术中的雷达测高原理与实践
测绘技术中的雷达测高原理与实践雷达测高技术是测绘领域中一种重要的高精度测量手段。
它利用雷达波束的发射与接收，通过计算发射与接收的时间间隔来确定目标点的位置。
雷达测高主要应用于地质灾害监测、地表沉降监测以及大型工程的测量等方面。
本文将介绍雷达测高的基本原理和实践应用。
一、雷达测高的基本原理雷达测高原理基于电磁波的传播和反射规律。
当雷达发射电磁波到达地面时，部分能量被地表反射，返回雷达接收器。
利用雷达的接收机接收到这部分返回波，并记录下来。
测量中需要精确测量雷达发射波和返回波之间的时间差，通过计算这个时间差与光速的乘积，我们可以得到目标点与雷达之间的距离。
而测量目标点的高度，就是通过根据雷达与目标的俯仰角来计算得到。
在雷达测高中，还需要考虑信号的传播速度和目标反射面的特性。
信号的传播速度通常取决于介质的特性，因此需要根据不同的介质进行修正。
同时，目标反射面的特性也会影响返回波的强度和相位，在计算目标点高度时需要考虑这些因素。
二、雷达测高技术的实践应用1.地质灾害监测雷达测高技术在地质灾害监测中具有重要作用。
例如，在山区地质灾害监测中，我们可以利用雷达测高技术获取地表的变化情况，及时发现泥石流、滑坡等灾害的迹象，从而预警和采取相应的措施。
通过与传统的测量方法相比，雷达测高技术具有高精度、高效率和无接触的特点，能够提供更加准确和实时的数据。
2.地表沉降监测地表沉降是由于地下水开采、地基活动或固体物质流失等因素引起的地表下沉现象。
雷达测高技术可以精确测量地表的高度变化，并通过比较不同时期的测量结果来分析和监测地表沉降情况。
这对于城市规划、建筑工程和环境保护等方面具有重要意义。
3.大型工程测量在大型工程建设中，雷达测高技术被广泛应用于测量和监控工程的变形和变化情况。
例如，在高速公路建设中，我们可以利用雷达测高技术测量路基的高度和变形情况，及时调整设计方案，保证工程的质量和安全。
雷达测高技术还可以用于测量桥梁、大坝和高层建筑等工程的变形和变化情况，为工程监测提供可靠的数据支持。
传统测绘技术与现代测绘技术的对比与选择
传统测绘技术与现代测绘技术的对比与选择测绘技术作为现代社会中一项重要的技术手段，广泛应用于土地开发、城市规划、地理信息系统等领域，为社会的发展和进步提供了有力支撑。
然而，随着科学技术的发展和时代的演进，传统测绘技术逐渐显露出一些短板，与之相对应的是现代测绘技术的崭露头角。
本文将探讨传统测绘技术与现代测绘技术的对比与选择，旨在给读者提供一些关于选择测绘技术的参考。
一、传统测绘技术传统测绘技术，源远流长，承载着丰富的历史和文化内涵。
其中最为典型的代表是地理测量和工程测量。
地理测量主要包括地图制作、地形测量等，而工程测量则用于土地勘测、建筑设计等。
传统测绘技术传承了几千年来的技艺，具有深厚的底蕴和稳定的工作方法。
然而，传统测绘技术在某些方面存在一些局限性。
首先，人工测量的精确度受人为因素的影响较大，不够准确可靠。
其次，传统测绘技术通常需要人工实地勘测，耗时耗力。
再者，传统测绘技术的学习周期较长，需要专业知识的积累和技能的培养。
这些都影响了测绘工作的效率和质量。
二、现代测绘技术相对于传统测绘技术而言，现代测绘技术是在科技进步的推动下不断发展和创新的产物。
它基于先进的仪器设备和计算机技术，具备了更高的精度、更快的速度和更广的应用范围。
近年来，全球定位系统（GPS）的发展极大地推动了现代测绘技术的进步。
GPS系统利用卫星信号和接收器配合，能够实现高精度的测量和定位，不受天气和地理环境的限制，大大提高了测绘工作的效率和精度。
另外，激光扫描技术也是现代测绘技术的重要组成部分。
激光扫描仪通过发射激光束并记录回波时间来计算物体的距离，通过扫描仪的旋转和移动，可以捕捉到物体的几何形状和位置信息。
激光扫描技术广泛应用于三维建模、城市规划等领域，为测绘工作带来了更先进的手段和更丰富的信息内容。
三、传统与现代测绘技术的比较传统测绘技术与现代测绘技术各自有其特点和优势，需要根据实际情况进行选择。
从精度和速度上来看，现代测绘技术明显优于传统测绘技术。
高精度GNSS实时动态测量技术
３１２４Ｓ１摘要ｆＧＮＳＳ是指利用导航卫星网实施全球定位的系统，在现阶段就是指用ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ对目标进行组合测量。
卜一Ｄ本文描述了一个可用于工程实践的高精度实时动态ＧＮＳＳ测量系统，并具体分析了其中的关键技术。
文中介绍了ＧＮＳＳ测量丕统的总体结构，给出了ＧＮＳＳ接收机的设计方法，分析了测量误差的来源和解决的途径，对差分技术，特别是动态载波相位差分技术作了较为详细的论述，其中有些内容是作者在系统设计、研制和试验中独有的体会。
文中所述均有试验数据作支持，证明解决问题的途径基本正确，可供从事这方面工作的同志参考。
关键词：ＧＮＳ彤测量，高精度：动态载波相位差分。
ＡＢＳＴＲＡＣＴＧＮＳＳｉｓｔｈｅｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｕｓｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓａｔｅｌＩｉｔｅｎｅｔ，Ｉｎｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｇｅ，ｉｔｍｅａｎｓｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＧＰＳａｎｄＧＬＯＮＡＳＳＴｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅａｈｉ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｃａｎａｄａｐｔｔｏｈｉｇｈｋｉｎｅｍａｔｉｃｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ．ＴｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｎａｌｙｉｓｇｉｖｅｎｔｏｓｏｍｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅＴｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆＧＮＳＳｉｓｉｎｔｒｄｕｃｅｄ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｇｕｉｄｅｌｉｎｅｏｆＧＮＳＳｒｅｃｅｉｖｅｒ．Ｔｈｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｅｒｒｏｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｏｔｈｅｄｓｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｍａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄｈｅｒｅｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｄｙｎａｍｉｃｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅＳｏｍｅｕｎｑｕｅｉｓｓｕｅｓｃｏｍｅｉｎｔｏｂｅｉｎｇｈｉ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔＯＧＮＳＳｍｅａｓｕｒｅｓｙｓｔｅｍａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｂｙａｕｔｈｏｒ’Ｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｌｌｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｓｓｕｐｐｏｒｔｂｙｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｒｅａｃｈｉｓｗｏｒｋｉｎａｒｉｇｈｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｓｏｍｅｐｅｏｐｌｅｗｈｏｈａｖｅａｎｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｉｔｍａｙｏｂｔａｉｎａｌｉｔｔｌｅｂｅｎｅｆｉｔｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＧＮＳＳｍｅａｓｕｒｅｈｉｏｒｅｃｉｓｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｄｉｆｆｅＴｅｎｃｅ第一章绪论§１．１研究背景在靶场武器试验、飞机试飞、航拍等特殊任务中，需要对快速运动目标的运动特性（位置、速度、加速度等运动轨迹元素及所对应的时刻）实施高精度测量，丽我国目前已列装的无线电测量设备达不到要求精度，许多高精度测量任务必须依靠光学设备来完成。
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高精度测相方法的研究和比较摘要：相位测量技术的研究由来已久，最早的研究和应用是在数学的矢量分析和物理学的圆周运动以及振动学方面，随之在电力部门、机械部门、航空航天、地质勘探、海底资源等方面也相应得到重视和发展。
随着电子技术和计算机技术的发展，相位测量技术得到了迅速的发展。
本文主要阐述常用相位测量技术和数字测相，介绍这两种方法里面的一些具体测量手段并做了详细研究和比较。
关键词：常用相位测量技术；数字测相；The Study and Compare of Phase Measurement TechnologyWEI Kaiming, LIU Zhihao(University of Electronic Science and Technology of China, School of Automation Engineering)Abstract: Phase measurement technology research for a long time, is the earliest research and application of vector analysis in mathematics and the circular motion of physics science and vibration. Then in the electric power department, the department of mechanical, aerospace, geological exploration, undersea resources also pay attention to and develop corresponding. With the development of electronic technology and computer technology, Phase measurement technology got rapid development. This article mainly elaborates common phase measurement technology and digital phase, introduces the two methods in some specific measures and made a careful study and comparison.Key words:Common phase measurement technology；Digital phase measurement；Comparison现代相位测量技术的发展可分为三个阶段:第一阶段是在早期采用的诸如阻抗法、和/差法、三电压法、比对法和平衡法等,虽然方法简单,但测量精度较低；第二阶段是利用数字专用电路、微处理器、FPGA、CPLD、DSP等构成测相系统,使测量精度得以大大提高；第三阶段是充分利用计算机及智能化虚拟测量技术,从而大大简化设计程序,增强功能,使得相应的产品精度更高、功能更全。
与此同时,各种新的算法也随之出现。
目前国内外各种新的测量算法、测量手段和新的设计方法及器件也随之出现，主要包括有:用专用数字处理芯片,利用正余弦表格及傅立叶变换方法来计算相位差,可以大大提高测量精度。
采用新器件及设计方法提高相位测量精度及展宽工作频率范围。
采用新的算法来进行相位测试。
另外,现代电子测量仪器与智能测量技术、计算机技术紧紧结合在一起,每一次计算机技术和电子技术的革命都带来电子测量仪器的革命。
因此,只有不断的采用新技术和新方法,才能使相位计的性能和精度得以不断的提高。
本文就常用相位测量技术里面的脉冲填充计数法和模拟内插法与脉冲填充法相结合的方法做了详细的原理分析和比较。
重点讨论了基于数字信号处理的相位测量技术，其中具体包括一阶线性插值法、基于FFT的相位分析法、基于三角信号的相关检测测量算法和相关分析法的原理以及各种方法的比较。
1 基本概述相位是信号的三种特性之一(另两种分别为频率、幅度),它说明谐波振荡在某一瞬时的状态。
在数学上定义为正弦或余弦函数的幅角,其数学模型为:相位测量主要有以下技术指标:a)频率范围:相位测量能够保证测量精确度的频率范围。
b)相位量程:相位测量无模糊测相的范围。
c)相位准确度(精度):相位测量的实际值与理论值的偏离程度。
d)电平范围:相位测量在规定的幅度-相位误差范围内所容许的最大信号电平范围。
e)相位分辨率(相位灵敏度):相位测量能够分辨的最小相位单位。
它通常为显示最低一位数字代表的相位值。
f)相位极性:相位测量结果极性是以参考信号的相位作为参考来定的。
g)相位-频率特性:相位测量准确度或误差随信号频率变化的特性。
h)幅-相误差:包括两路信号电平作同方向变化通道引入的相位差和两路信号幅值不等引起的相位误差。
根据现在的技术条件，本文将对常用相位测量技术和数字信号处理的相位测量技术的几种方法进行对比和研究。
通过对几项技术的基本原理、适用范围和优缺点等等方面的对比研究，介绍了当前主流的技术。
2 常用相位测量技术本章主要介绍脉冲填充计数法和模拟内插法的基本原理、适用范围和优缺点等方面。
2.1 脉冲填充计数法1目前最常用的相位测量方法是脉冲填充计数法,也叫电子计数法。
其原理如图1所示2。
图1 脉冲填充计数法原理工作原理是:将混频后同频率的参考信号e r,与测距信号e m,经过通道1、2进行放大整形使之成为方波,两个方波信号分别加至检相触发器的R、S端。
e r方波的下降沿使触发器置位,Q 端输出高电平,相当于用e r方波的下降沿作为与门I的“开门”信号。
此时频率为f cp的高频填充脉冲可以通过它进入计数器,计数器开始计数。
经过对应于相位差Δφ的一段时间之后,e m 方波的下降沿又使触发器复位,Q端输出低电平,此e m相当于与门I的“关门”信号。
当Q端输出低电平时,填充脉冲不能通过与门I,因此计数器停止工作。
由于鉴相器输出端所得到的检相脉冲宽度(即触发器的置位时间),对应着两比相信号的相位差Δφ,所以计数器在该段时间内所累计的通过与门I的填充脉冲个数的多少就反映了检相脉冲的宽度的长短,计数个数再乘以填充脉冲的周期就是检相脉冲宽度的近似值,也即反映测距信号e m和参考信号e r之间的相位差Δφ。
为了消除大气抖动及接收电路噪声等的影响,减少偶然误差,提高测距精度,一般测量多个周期(假设M个周期)内的检相结果,然后再取平均,这时就在检相电路中增加一个闸门时间（f1表示混频后低频信号的频率),图中与门Ⅱ用来实现此功能。
通常情况下M可取几万到几百万。
可以看出,以上相位测量的实质是通过测量检相脉冲的时间宽度来得到相位的,所以是一个时间测量的问题(相位的实质就是与时间差有关,所以本文中提到时间测量与相位测量可认为是同一概念)。
由于其原理简单,所以常用在对测时、测相精度要求不高的场合,从理论上讲其固有误差为±1个填充脉冲周期的时间量化误差,提高填充脉冲的频率可以减小此误差,对测量精度有一定的提高。
2.2 模拟内插法34脉冲填充法在单次测量时,由于计数器的读数只能是整数,所以会产生±1个填充脉冲周期的时间量化误差,它是由检相脉冲与填充脉冲的上升或下降不同步所造成的,这是该方法的一个固有缺点,即使增大填充脉冲的频率这个误差仍然存在。
为了减小误差,用模拟内插放大测时的方法,对脉冲填充法中由于脉冲不同步而引起的不足一个周期的微小时间进行测量,以进一步提高测量精度。
图2 模拟内插法与脉冲填充计数法相结合精密测时原理图其具体的原理如图2,图中所示t为被测时间间隔,可表示为:式中:T-填充脉冲的周期;N-t时间内包含填充脉冲的周期数;、-填充脉冲与被测信号不同步产生非整周期时间差。
、-在每一次测量中是随机的,且其值非常小。
考虑到模拟内插法测时主要适用于微小时间间隔的测量这一特点,因此采用电容充电(或放电)的方法将、分别扩展K倍,然后再次填充放大后的时间,假设填充脉冲个数分别为N1、N2,表示为:式中±1是因为两个“开门”与“关门”信号前沿与时钟脉冲不同步时可能造成的误差。
N1,N2是指在及时间内通过的填充脉冲的个数。
则由上式得:由上式可知测时的分辨率提高到了。
在实际应用中K值一般取为几百到几千之间,则该分辨率的数量级可达到,测量的分辨率由内插放大倍数K与填K充脉冲周期T共同确定。
在测量精度要求不是非常高时,就可以通过降低电路中填充脉冲的频率而升高K值来达到所要求的分辨率。
由于K值的选取是有一定的范围的,当调节K值仍不能满足要求时,可增大填充脉冲频率。
3 基于数字信号处理的相位测量技术前一章中就常用的相位测量方法进行了分析与总结，模拟内插法测相主要是通过硬件实现测相功能的，电路受器件性能的限制不易达到较高的精度，为了克服这一缺点，本章主要分析研究基于数字信号处理的相位测量技术，由于数字信号处理的过程首先都是将所要处理的模拟信号采样离散化后变为数字信号，然后通过软件算法处理得到所需要的结果。
软件算法由一到两片通用的数字处理器就可实现。
在基于数字信号处理技术中，有很多测相算法，如线性差值法，相关分析法，FFT 谱分析法，三角信号相关检测等，具体测相算法的选择要根据实际的测量精度要求。
本章主要采用数字信号处理技术来进行测量，理论相位测量精度可以达到0.005°，频率测量精度可以达到0.1HZ 。
在未来测量仪表中，数字信号处理技术将发挥重要作用。
3.1 一阶线性插值法原理与分析利用一阶线性插值法公式，通过求出过零点的时刻，将时间转换成相位。
如图3所示，k 、j 为采样值的序号，x(t)在第(k-l)次与第k 次采样之间从负到正过零，y(t)在第(j 一1)次与第j 次采样之间从负到正过零。
假定在角度不太大时的正弦曲线近似为直线，()s k k T x x /1--为k 、k-1两采样点曲线的斜率，()1/--k k s k x x T x 为x(t)瞬时值由负向正的零点至k 采样点的时间，此时两个零点之间的时间间隔为:上式中1-k k x x 、第k 次、第(k 一1)次x(t)采样值;1y -j j y 、为第j 次、第(j 一l)次y(t)采样值：s T 为采样周期。
由此可得相位差:图3 一阶线性插值法测相示意图另外，关于两路信号的相位极性辨识为:当x(t)过零点时刻，判断y(t)的大小。
若此时夕y(t)<0，则x(t)超前y(t)，否则x(t)滞后y(t)。
一阶线性插值测相法，这种方法是通过判断过零点时间位置，然后转换为相位，因此噪声和直流漂移是影响测相精度的主要因素，仅适合用于对测相精度要求较低的情况。