基于全相位谱分析鉴相的高精度脉冲相位式激光测距系统研究

发布时间：2017-09-03 00:25

  本文关键词：基于全相位谱分析鉴相的高精度脉冲相位式激光测距系统研究

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【摘要】：随着当前工程领域中对大型设备运动位姿的测量指标要求越来越高,高精度的位置与距离测量需求也越来越受到关注。当前主流的测距技术及仪器在应用到实际工程项目中时往往受到各种限制(如量程、精度等),不能够满足大型设备的测距要求。国外激光全站仪仪器,测距精度已经达到0.6mm±1ppm,但对于大型设备要求高量程高精度的特殊场合,现有测距仪器尚有不足。本文主要在理论研究和仿真实践的基础上,提出一种能够实现量程300m以上,精度0.3mm以内且采样率较高的新型激光测距方案。该系统采用脉冲相位法相结合的激光测距方案进行仿真分析和仿真结果对比,并对该方案实现系统的可行性进行分析。为发展大量程高精度的测距方法及满足距离测量中的新要求提供理论和技术参考。论文完成的主要工作有:1、介绍当前激光测距的现状,对目前典型的激光测距方法的原理进行介绍,对比分析各自的优缺点,结合脉冲法与相位法在测距系统中的优点,设计基于脉冲相位法相结合的激光测距新方案。2、对脉冲相位法激光测距实现的关键技术进行分析,主要针对性能指标衔接技术、脉冲法粗测方案和相位法细测方案三个方面进行关键技术研究。结合粗侧和细测两部分的实现完成系统整体方案设计。3、根据整体系统方案中的信号流走向,分析可能影响精度的误差来源,给出空气折射率的补偿方案和非同步采样的改进思路。4、由于脉冲相位法相结合的激光测距系统中决定测距精度的关键因素是鉴相误差,使用MATLAB其鉴相性能进行仿真证明。使用Simulink对系统整体流程进行仿真分析,验证该激光测距方案的可行性。
【关键词】：激光测距 脉冲相位式 时间间隔 全相位FFT
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 论文的研究背景16-17
• 1.2 激光技术与激光测距的发展及现状概述17-20
• 1.2.1 激光技术的发展概述17
• 1.2.2 国外激光测距技术的发展概述17-18
• 1.2.3 国内激光测距技术的发展概述18-19
• 1.2.4 激光测距仪器的特点及分类19-20
• 1.2.5 激光测距技术的发展趋势20
• 1.3 论文研究目标20-21
• 1.4 论文工作及章节安排21-22
• 第二章 激光测距理论与系统22-34
• 2.1 激光测距原理22-30
• 2.1.1 三角法激光测距22-24
• 2.1.2 干涉法激光测距24-25
• 2.1.3 脉冲式激光测距25-26
• 2.1.4 相位法激光测距26-30
• 2.2 激光测距方法的比较和改进30-31
• 2.2.1 典型激光测距方法的比较30
• 2.2.2 激光测距方法的改进30-31
• 2.3 激光测距系统设计31-32
• 2.3.1 激光测距系统整体框架31
• 2.3.2 激光测距系统模块介绍31-32
• 2.4 小结32-34
• 第三章 脉冲相位式激光测距系统关键技术研究34-52
• 3.1 脉冲法与相位法的结合34-38
• 3.1.1 脉冲计时粗测性能34-37
• 3.1.2 相位测量细测精度37-38
• 3.2 脉冲计时方案设计38-46
• 3.2.1 时刻鉴别方法39-41
• 3.2.2 常用时间间隔测量法41-44
• 3.2.3 脉冲计时方案44-46
• 3.3 相位测量方案设计46-51
• 3.3.1 差频鉴相技术46-47
• 3.3.2 相位测量方法47-49
• 3.3.3 相位测量方案49-51
• 3.4 激光测距系统整体实现方案51
• 3.5 小结51-52
• 第四章 精度分析与改进52-62
• 4.1 测距误差的最要来源52
• 4.2 比例误差的影响52-55
• 4.2.1 光速0c的误差影响53
• 4.2.2 调制信号频率f的影响53-54
• 4.2.3 大气折射率n的误差影响及改进54-55
• 4.3 固定误差的影响55-60
• 4.3.1 全相位FFT相位计算精度56-57
• 4.3.2 频率偏差的影响57-58
• 4.3.3 采样同步性的影响及改进58-59
• 4.3.4 谐波或噪声的影响59-60
• 4.4 小结60-62
• 第五章 全相位FFT鉴相方案及仿真62-84
• 5.1 全相位FFT谱分析原理62-64
• 5.2 采样速率与采样点数64-65
• 5.3 apFFT与FFT鉴相性能仿真结果65-70
• 5.3.1 非整周期截断的幅相影响65-68
• 5.3.2 频率偏移影响下的鉴相性能68-69
• 5.3.3 高斯白噪声影响下的鉴相性能69-70
• 5.3.4 白噪声和频移共同影响下的鉴相性能70
• 5.4 全相位FFT算法实现70-75
• 5.4.1 apFFT数据预处理71-73
• 5.4.2 全相位数据FFT计算相差73-75
• 5.5 测距系统仿真分析75-83
• 5.5.1 发射模块建模75-76
• 5.5.2 传输模块建模76-77
• 5.5.3 接收模块建模77-78
• 5.5.4 信号处理模块建模78-81
• 5.5.5 仿真结果81-83
• 5.6 小结83-84
• 第六章 总结与展望84-86
• 6.1 总结84
• 6.2 展望84-86
• 参考文献86-88
• 致谢88-90
• 作者简介90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：781787