相位法激光测距算法的嵌入式系统实现

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。

用于相位法激光测距的电路系统设计激光测距是一种常用的非接触式测量技术，可以精确测量目标物体与测距仪的距离。

相位法激光测距是其中一种常见的方法，通过测量激光光波的相位差来计算距离。

下面将介绍一个基于相位法激光测距原理的电路系统设计。

1. 激光发射电路：设计一个激光二极管的驱动电路，可以通过电流控制二极管的发射光强。

使用一个恒流源以确保驱动电流的稳定性。

此外，还需要添加一个调节电路，可以根据需要调整激光发射的光功率。

2. 光电检测电路：将光电二极管作为光电检测元件接在测距仪上，用于接收激光反射光信号。

光电二极管产生的电流与光的强度成正比。

使用一个高增益的放大器将光电二极管产生的微弱电流信号放大。

3. 相位差测量电路：使用一个相位差测量电路来测量激光光波发射和接收之间的相位差。

该电路可以采用锁相放大器或频率调制技术。

在锁相放大器中，将激光发射的信号作为参考信号，将光电二极管接收到的信号作为待测信号输入。

锁相放大器可以精确测量相位差，并输出一个稳定的直流电压信号。

4. 距离计算电路：将锁相放大器输出的直流电压信号输入到距离计算电路中，根据相位差和激光波长的关系，计算出目标物体与测距仪之间的距离。

该电路可以通过编程芯片或者专门的测距芯片来实现距离计算。

以上是一个基于相位法激光测距原理的电路系统设计。

通过精心选择和设计各个电路模块，可以实现高精度和稳定的激光测距功能。

需要注意的是，在实际设计中还需考虑电路的抗干扰能力、功率稳定性和其他实际应用需要的因素。

在激光测距中，相位法是一种常用的方法，能够提供高精度和高稳定性的测距结果。

相位法激光测距的原理是通过测量激光发射和接收之间的光波相位差来计算目标物体与测距仪之间的距离。

在设计电路系统时，需要考虑到激光发射电路、光电检测电路、相位差测量电路和距离计算电路等各个环节。

首先，激光发射电路是相位法激光测距系统中的重要组成部分。

它负责驱动激光二极管发射具有稳定光强的激光光束。

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。

相位法激光测距算法的嵌入式系统实现的开题报告一、研究背景激光测距技术是一种精密测量技术，在各种工业应用中得到广泛应用。

其中，相位法激光测距算法是一种常见的测距方法，它利用激光器和接收器之间的相位差来测量距离。

由于其精度高、速度快、测量范围宽等特点，相位法激光测距算法已经成为现代测量技术的重要组成部分。

目前，随着嵌入式系统的发展和普及，相位法激光测距算法的嵌入式系统实现技术也得到了广泛应用。

在工业生产和科研领域中，嵌入式系统实现相位法激光测距算法可以极大地提高测量的精度和效率，同时也可以减少测量的成本和人力资源。

二、研究内容本文主要研究相位法激光测距算法的嵌入式系统实现，并将其应用于工业生产和科研领域中的测量任务中。

具体内容包括以下几个方面：1. 相位法激光测距算法的原理和实现方法。

主要介绍相位法激光测距算法的基本原理、具体实现方法和常见问题及解决方案。

2. 嵌入式系统的设计和实现。

主要介绍嵌入式系统的硬件架构、选型原则、软件设计和编程实现，包括微处理器、模块化设计、实时系统、多线程编程等。

3. 系统测试和优化。

主要介绍系统测试和性能优化的方法和步骤，包括系统稳定性测试、测量误差分析、系统性能优化等。

4. 应用案例分析。

主要结合工业生产和科研领域中的具体测量任务，分析相位法激光测距算法的嵌入式系统实现在实际应用中的效果和经验。

三、研究意义1. 探究相位法激光测距算法的嵌入式系统实现技术，可以有效提高测量精度和效率，降低测量成本，满足现代工业和科研领域对精密测量技术的需求。

2. 通过在实际应用中检验相位法激光测距算法的嵌入式系统实现，可以总结出一套具有可重复性、可推广性和实用性的实现方案，为相关领域的从业者提供参考和借鉴。

四、研究方法本文采用实验研究方法和案例分析方法相结合，通过搭建相位法激光测距算法的嵌入式系统实验平台，从理论和实践两个方面展开研究。

同时，结合实际应用中的案例，对嵌入式系统实现相位法激光测距算法的效果和经验进行分析和总结。

基于LabVIEW的相位式激光测距系统的软件设计与实现蔡薇;李昆【摘要】针对传统应用CPLD, FPGA或ARM等嵌入式处理器的相位式激光测距系统,本文运用美国NI公司推出的“图形化”程序开发环境( LabVIEW),设计实现了基于LabVIEW的相位式激光测距系统的软件程序,用于对被测目标距离测量时的程序控制和数据处理。

文章简述了相位式测距的基本原理及LabVIEW功能与实现,就相位式激光测距系统的程序控制和数据处理部分做了详细阐述,并给出了LabVIEW数据处理部分的相关测量仿真实验结果,为应用LabVIEW完成相位式激光测距的数据处理提供了一个可行的方案和参考。

%phase laser ranging system based on the traditional application of CPLD, FPGA, ARM or other embedded processors, we design and implement the software of the phase laser distance measuring system, for controlling processes and processing data in the target distance or length measurement.The software was written in the “graphical” programming environment( LabVIEW) which was launched by National Instrument company.This paper briefly introduces the basic prin-ciples of the phase distance measurement and implementation of LabVIEW function, the system control and data processing of the phase laser distance measuring system is introduced in detail, and the relevant measurement simulation and experi-mental results of the LabVIEW data processing part are given, providing a feasible scheme and reference dataprocessing phase laser ranging for LabVIEW application.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P66-70)【关键词】激光测距;LabVIEW;相位测量【作者】蔡薇;李昆【作者单位】中航发动机有限责任公司，北京100028;中航工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095【正文语种】中文【中图分类】TP311.52;TB920 引言无论是航空、航天、兵器等国防军工领域，还是大地、工程测量等民用领域，对长度和距离的测量都是必不可少的。

相位法激光测距的理论设计（综合最新版）第一篇：相位法激光测距的理论设计(综合最新版)相位法激光测距的理论设计摘要本文介绍了半导体激光技术,并在传统的相位法激光测距原理的基础上, 参考激光测距光学系统设计,运用数字相关检测的测量方法，提出一种把直接数字频率合成(DDS)技术和数字信号处理(DSP)技术相结合的新的相位激光测距理论设计，这种设计有助于简化电路、提高相位测距的精度。

关键词：相位激光测距，数字相关检测，数字信号Phase Type Laser Ranging Theoretical Design This article introduced the semiconductor laser technology, and in the traditional phase laser ranging principle foundation, the reference laser ranging optical system design, Using digital correlation detection measuring technique,proposing one kind the new phase laser ranging theoretical design which(DDS)technical and the digital signal processing(DSP)the technology unifies the direct digital frequency synthesis, for could overcome in the traditional phase range finder method the precision to enhance, the measuring range with difficulty difficulty with increases, the electric circuittoo is complex and so on the shortcoming provides has been possible to supply the reference the theoretical design.Key word：PHASE LASER RANGING，DIGITAL CORRELATION DETECTION，DIGITAL SIGNAL目录第一章引言 (4)第二章国内外研究状况.................................................................................................5 第三章激光测距光学系统 (7)3． 1 激光测距仪的系统结构.........................................................................................7 3．2光学系统图示..........................................................................................................8 3．3 光学系统设计主要部件功能与作用.....................................................................9 3．4 主要参考性能数据...............................................................................................10 第四章数字相关检测技术改进方法设计. (11)4． 1 激光相位式测距的基本原理.............................................................................11 4．2 数字信号处理(DSP)的简述 (13)4.2.1 数字信号处理的主要研究内容....................................................................14 4.2.2 测试信号数字化处理的基本步骤................................................................14 4.2.3 数字处理信号的优势....................................................................................15 4．3 直接数字频率合成技术 (15)4.3.1 DDS的基本工作原理....................................................................................16 4．4 改进的数字测相的框图设计...............................................................................16 第五章小结. (22)参考文献.............................................................................................................23 致谢........................................................................................................................... (24)第一章引言第一章引言激光，是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。

相位法激光测距原理及算法详解激光相位法测距的原理激光相位测距中，把连续的激光进⾏幅度调制，调制光的光强随时间做周期性变化，测定调制光往返过程中所经过的相位变化即可求出时间和距离。

图.1 相位式激光测距原理⽰意图如图1所⽰，设发射处与反射处（提升容器）的距离为x ，激光的速度为c ，激光往返它们之间的时间为t ，则有：cxt 2设调制波频率为f ，从发射到接收间的相位差为，则有：N cfxft 242 (2) 其中，N 为完整周期波的个数，为不⾜周期波的余相位。

因此可解出：)(2)22(24N N fcN f c f c x(3) 其中，f c L s 2 称为测尺或刻度，N 即是整尺数， 2 N 为余尺。

根据测得的相位移的⼤⼩，可知道N 余尺的⼤⼩。

⽽整尺数N 必须通过选择多个合适的测尺频率才能确定，测尺频率的选择是提升容器精确定位的关键因素之⼀。

多尺测量⽅法测量正弦信号相移的⽅法都⽆法确定相位的整周期数，即不能确定出相位变化中 2的整倍数N ，⽽只能测量不⾜ 2的相位尾数，因此公式（2.3）中的N 值⽆法确定，使该式产⽣多个解，距离D 就不能确定。

解决此缺陷的办法是选⽤⼀个较低的测尺频率s f ，使其测尺长度s L 稍⼤于该被测距离，这种状况下不会出现距离的多值解。

但是由于测相系统的测相误差，会导致测距误差，并且选⽤的s L 越⼤则测距误差越⼤。

因此为了得到较⾼的测距精度⽽使⽤较短的测尺长度，即较⼤的测尺频率s f ，系统的单值测定距离就相应变⼩。

为了解决长测程和⾼精度之间的⽭盾，⼀般使⽤的解决办法是：当待测距离D ⼤于基本测尺sb L （精测测尺）时，可再使⽤⼀个或⼏个辅助测尺sl L （⼜叫粗测测尺），然后将各个测尺测得的距离值组合起来得到单⼀的和精确的距离信息。

由此可见，⽤⼀组测尺共同对距离D 进⾏测量就可以解决距离的多值解，即⽤短尺保证精度，⽤长尺保证量程。

这样就解决⾼精度和长测程的⽭盾[4]。