摘 要

随着科学现代技术的飞速发展，激光技术开始涌现出来，而且随着时代的发展激光测距技术变得成熟起来。激光测距技术因为其良好的测距精度而在许多领域都得到了广泛的运用，比如在军事、建筑等行业中。一般相位式激光测距仪更多的应用在精度要求较高的测量中。

论文将几种不同的激光测距方法进行了对比，最后确定系统设计将采取相位式的激光测距方法，并且相位式的激光测距系统由激光调制发射、基本光路部分、光电检测、放大滤波、信号处理这五个部分组成。

论文首先对激光发射系统的调制电路的设计进行了介绍，对激光器的选择进行了讨论，并且设计了一个简单的光路设计使激光信号能稳定发射。其次对光电检测电路进行了研究，选择使用雪崩二极管作为光电信号接收器件，通过设计放大滤波电路使信号能后续进行处理。最后是对混频电路的设计，通过相差检测电路对信号进行处理从而得到最后的测距结果。本文的结尾对设计可能存在的误差进行了简单的分析说明，对设计的工作进行了总结和展望。

关键词：激光测距; 相位法; 激光调制; 相差检测

Abstract

With the rapid development of laser technology and the emergence and development of digital signal processing and electronic technology, laser ranging technology has become increasingly mature. Phase-shift laser rangefinder is more suitable for use in high-precision measurement,because the laser rangefinder has a good accuracy in military and civilian fields have been widely used.

Thesis on the principle of laser range finder phase method will be several different methods and laser range finder phase method were compared, and the phase-shift laser ranging system is divided into laser modulation transmitter, part of the photodetector basic optical path, amplified and filtered the signal processing section five.

Thesis describes the design of laser modulation circuit transmission system, the choice of lasers are discussed, and the design of a simple optical design enable stable laser signal emission. Secondly, the study of the photodetector circuit, avalanche diodes received light signal, by designing the circuit so that the signal amplifying and filtering subsequent processing. Final design of the mixer circuit, a phase difference detection signal processing circuit to obtain the final result. End of this article for design errors that may exist for a simple analysis shows that the design work are summarized and discussed.

Key Words: Laser Ranging ; Phase Method ; Laser modulation ; Phase difference detection

目 录

摘 要

Abstract

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2激光测距仪的国内外研究现状 2

1.2.1国外激光测距仪发展概况 2

1.2.2国内激光测距仪的研究状况 3

1.3课题主要的研究内容 4

第2章 激光测距的原理及系统设计 5

2.1脉冲式激光测距原理 5

2.2 相位式激光测距原理 6

2.3 系统总体方案的设计 7

第3章 激光调制发射部分的设计 9

3.1激光二级管的原理和选择 9

3.1.1激光调制发射的原理 9

3.1.2半导体激光器的选择 10

3.2信号发生电路的设计 10

3.2.1调制信号发生电路 10

3.2.2调制信号驱动电路 11

第4章 激光接收部分的设计 13

4.1光电检测电路设计 13

4.1.1光电器件的选择 13

4.1.2 APD高压偏置电路 14

4.1.3 接收放大电路的设计 14

4.1.4光电检测电路的仿真 15

4.2 其余外围电路的设计 16

4.2.1本振信号产生电路 17

4.2.2 锁相环电路设计 19

4.2.3 混频器的选择及电路的设计 20

4.2.4 电压比较器的选择 20

4.3高精度时间测量 21

第5章 光学系统的设计 23

5.1发射光学系统的设计 23

5.2接收光学系统的设计 23

总结与展望 25

致谢 26

参考文献 27

第1章 绪论

1.1 引言

在我们的生活和工作中很多地方都要用到测距的技术，以前的测距都是利用一些物理或数学的方法进行简单的测量，但是随着社会的发展用到测距的行业越来越多，测量的难度越来越大，很多地方都不能进行直接的测量，这个时候激光测距技术应运而生。这样许多人们难以到达的地方的距离都可以使用激光测距来进行测量。

1960年世界上诞生了第一台激光测距仪，这也标志这激光测距时代的到来。激光因为其具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高的特点，可以有很强的瞬时功率，发散角也非常的小。^[1]正因为激光有许多的上述优点，使得激光在很多的行业都得到了广泛的应用。而激光技术的飞速发展使得测距方法也在不断发展，测量的精度的要求也愈来愈高，因此使用激光器作为光源的光学测距仪慢慢的脱颖而出，使得测距的距离和精度都有了飞速的发展。

由于现代社会和军事技术的要求，使得我们对测量精度的需求越来越高。有时甚至要求精度要达到10^-6数量级。现在市面上的各种测距仪器种类繁多最大的共同点就是在精度方面有很大的提高，而且现在的测距仪器的正在不断向自动化、小型化和数字化方面发展。^[2]随着技术的不断更新，相位式激光测距被人们发现非常适合用来实现高精度的测距，测量跨度的范围也比较大，能兼顾测程与精度，并且技术现在也比较成熟价格适中所以在各个领域应用都十分广泛。^[3]

1.2激光测距仪的国内外研究现状

1.2.1国外激光测距仪发展概况

柯利达I型激光测距仪是美国修斯飞机公司生产的世界上最早的激光测距仪，后来休斯飞行公司相继研制出了几种实验型激光测距仪进行试验和鉴定，实验的结果表明激光测距仪可作为一种新的测距仪替代原有的测距仪。^[4]20世纪60年代末开始了有关半导体激光测距仪的研究，到80年代中期已经陆续解决了光器件、光学系统及信号处理电路等技术问题，到80年代后期进入应用研究阶段，并相继出现各种在不同的激光测距仪。90年代中期，激光测距仪的发展也开始变得成熟。^[4]