[发明专利]一种改进的中远程相位式激光测距仪及测距方法

说明书

本发明提出了一种改进的相位式激光测距系统和测距办法，该系统包括：频率合成模块、激光发射模块、信号接收模块、通过串口与上位机连接的数据处理器、上位机、液晶显示器；所述系统由频率合成模块产生主振和本振两路信号，通过激光发射模块发射的主振信号，经被测物反射后，由APD光电检测电路接收，并与本振信号进行混频，混频后的光信号经过放大和滤波电路得到最终的测量信号。随后对该测量信号进行双ADC采样与最大似然法计算后得出待测距离。本系统具有人眼保护、性能稳定、测距精度高、系统响应快和测量范围广的优点。

技术领域

本发明涉及一种相位式激光测距的方法，适用于相位式激光测量技术领域。

背景技术

自动化与数字化是测量仪器发展的总趋势，目前短程和远程测距仪已实现数字化及部分自动化，提高了测量精度。随着激光器、调制器、光探测器以及光学、电子元器件等的发展，应用广泛的中程相位式激光测距仪还有极大的发展空间。

当今市场上的测距仪有多种，例如脉冲测距可以达到极远的测程，但是精度非常低；光波的干涉测距只能测出相对距离，而且成本非常高；反馈法测距精度高，便于仪器小型化，但是精度随着测量距离的增加而降低，稳定性低。而相位式测距是目前精度最高、分辨率高、抗干扰能力最强的一种测距方法。

本项目研究的相位式激光测距系统，通过调制激光的反射，得到相位差进而换算成为所测距离信息。采用二极管泵浦的Er玻璃激光器，保护人眼安全，采用差频测相的方法，将计算高频信号的相位差变成计算低频信号的相位差，提高了相差测量的稳定性并降低了误差；在数据处理方面，采用最大似然估计法对信号处理、采用DDS和PLL环外混频方法，使得到的结果更为准确。最终设计出一款精度高、无接触、物美价廉的激光测距仪的设计与实现方案。

发明内容

本发明提出一种改进的相位式激光测距系统和数据处理方法。为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。本发明的技术方案如下：

频率合成模块、激光发射模块、信号接收模块、通过串口与上位机连接的数据处理器、上位机、液晶显示器。

所述系统由频率合成模块产生主振和本振两路信号，主振信号经过激光发射模块发射出去，光信号被反射回来后被APD光电检测电路接收到，与本振信号进行混频之后，经过放大和滤波电路得到测量信号，进行双ADC采样、最大似然法计算得到待测距离。

其中，频率合成模块，具体组成包括混频器、集成DDS芯片AD9910和PLL芯片ADF4108以及带通滤波器。所述频率合成模块采用DDS和PLL环外混频方法合成主振本振信号。

其中，激光发射模块包括激光调制电路，人眼安全的基于二极管泵浦的Er玻璃激光器，准直透镜。所述激光发射模块可以将原始合成信号进行调制，通过人眼安全激光器发射，再经准直透镜准直，作为最终发射信号输出。

其中，信号接收模块包括聚焦透镜、APD光电接收器及APD驱动电路、混频电路、AGC电路。所述信号接收模块将光信号转换为电压值，并通过自动增益控制电路，将信号放大滤波最终保持在一定数值，然后与本振混频，提高测量精度。

其中，数据处理器包括STM32、串口、按键。所述数据处理器采用双ADC采样，并使用最大似然估计法对信号进行处理计算出目标距离，将信道中加性噪声的幅值对信号的影响降到最小，然后接显示器显示结果。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明采用DDS外插PLL使合成信号噪声显著减小，动态范围大。

（2）响应速度快的自动增益电路使DSP计算更精确、稳定。

（3）结合最大似然法进行数据处理，其测得的估计量具有一致性和有效性的优点，采样点较多时，其运算精度高。