相位式測距儀的數(shù)字信號處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了一種相位式測距儀的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，涉及數(shù)字信號處理領(lǐng)域，解決傳統(tǒng)FFT計(jì)算中存在的缺點(diǎn)，能夠兼顧算法的精度和計(jì)算速度。該系統(tǒng)包括：主振單元產(chǎn)生主振信號，以穩(wěn)定頻率調(diào)制激光發(fā)射單元發(fā)射的激光信號的強(qiáng)度；本振單元產(chǎn)生本振信號；鎖相環(huán)單元調(diào)節(jié)主振信號的頻率，并為數(shù)字信號處理單元提供采樣脈沖；激光發(fā)射單元發(fā)射激光信號；激光接收單元將反射回的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號；混頻單元將電信號與主振信號混頻得到包含相位信息的低頻信號；功率放大單元將低頻信號放大整形；數(shù)字信號處理單元對放大整形后的低頻信號進(jìn)行采樣，采用Goertzel算法計(jì)算相位信息并轉(zhuǎn)換為距離信息。本發(fā)明應(yīng)用于相位式測距儀的測距。
【專利說明】相位式測距儀的數(shù)字信號處理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種相位式測距儀的數(shù)字信號處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]相位式測距儀(Phase Distance Meter)是通過測定連續(xù)波在儀器與目標(biāo)之間往返的相位變化間接求得傳播時(shí)間，從而求得距離的電磁波測距儀，其精度高、功率小和便攜，適用于民用范疇，有較大的市場和應(yīng)用前景。
[0003]相位式測距儀通過對激光的直接調(diào)制頻率、光速和檢測到的相位差的計(jì)算，得到距離值。由光源所發(fā)出的激光，進(jìn)入調(diào)制器后，被來自主控振蕩器(簡稱主振)的高頻測距信號所調(diào)制，成為調(diào)幅波。這種調(diào)幅波經(jīng)外光路進(jìn)入接收器，經(jīng)由光電器件，由光信號轉(zhuǎn)為電信號。這個(gè)信號就是調(diào)幅波往返于測線后經(jīng)過解調(diào)的高頻測距信號，它的相位已經(jīng)延遲了 Φ。
[0004]φ = 2π ΧΝ+ Δ φ(I)
[0005]這個(gè)高頻測距信號與來自本機(jī)振蕩器(簡稱本振)的高頻信號，經(jīng)測距信號混頻器進(jìn)行光電混頻，經(jīng)過選頻放大后得到一個(gè)低頻測距信號eD，該信號保留了高頻測距信號原有的相位延遲。主振高頻測距信號的一部分作為參考信號，與本振高頻信號同時(shí)送入?yún)⒖夹盘柣祛l器，經(jīng)過選頻放大后，得到可以作為比相基準(zhǔn)的低頻參考信號％，由于該低頻參考信號％沒有經(jīng)過往返測線的路程，所以不包含有相位延遲。因此，eD和％同時(shí)送入相位器采用數(shù)字測相技術(shù)進(jìn)行相位比較，最后得到測距信號往返于測線的相位延遲結(jié)果。距離值由公式
[0006]D=^-X^~得到。
2/ 2π(2)
[0007]由以上的測距原理可知，相位法測距就是測定調(diào)制光波在待測距離上往返傳播所產(chǎn)生的相位差。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)提供以下幾種相位信息的獲取方法:
[0009]1、差頻測相
[0010]經(jīng)過參考混頻輸出的帶有發(fā)射時(shí)刻相位信息的低頻信號直接傳輸?shù)较辔挥?jì)。經(jīng)被測距離傳播、由反光鏡反射回來的、帶有距離相位信息的信號，經(jīng)過信號混頻輸出帶有距離信號的低頻信號em，輸入相位計(jì)。將&和4比相，得出距離的相位差。這種將各測尺頻率經(jīng)過混頻變成低頻信號然后再進(jìn)行測相的差頻測相方法，提高了測量精度，同時(shí)也簡化了電路。
[0011]設(shè)主振頻率的相位為(cott+￥t)，本振頻率的相位為(coRt+￥R)經(jīng)參考混頻器混頻后，其差頻er的相位為(cot-coR)t+(￥t_￥R)。
[0012]接收測距信號的相位帶有距離的相位延遲為(ont+vt-ont2D)經(jīng)參考混頻器混頻后，測距/[目號和本振/[目號的差頻em的相位為[(ω t_ ω R) t+ ( Ψ t_ iyR) - ω tt2D]。[0013]&和4送入相位計(jì)比相，相位之差為:
[0014]Δ φ = (OtXt211(3)
[0015]由上面的公式可以看出，差頻測相得到的Λ φ，就是高頻調(diào)制波在測線距離上往返所產(chǎn)生的相位延遲，而測相的頻率(《t-coR)，比之前的高頻降低了 N倍，
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種相位式測距儀的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，其特征在于，包括:主振單元、本振單元，鎖相環(huán)單元、激光發(fā)射單元、激光接收單元、混頻單元、功率放大單元和數(shù)字信號處理單元，其中， 所述主振單元用于產(chǎn)生主振信號，所述主振信號用于以穩(wěn)定頻率調(diào)制所述激光發(fā)射單元發(fā)射的激光信號的強(qiáng)度； 所述本振單元用于產(chǎn)生本振信號； 所述鎖相環(huán)單元用于調(diào)節(jié)所述主振信號的頻率，并用于為所述數(shù)字信號處理單元提供采樣脈沖； 所述激光發(fā)射單元用于發(fā)射激光信號； 所述激光接收單元用于將反射回的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號； 所述混頻單元用于將所述電信號與所述主振信號混頻得到包含相位信息的低頻信號; 所述功率放大單元用于將所述低頻信號進(jìn)行放大整形； 所述數(shù)字信號處理單元用于對放大整形后的低頻信號進(jìn)行采樣，并采用Goertzel算法計(jì)算相位信息并轉(zhuǎn)換為距離信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述主振單元的功能由溫補(bǔ)晶振實(shí)現(xiàn)，所述本振單元的功能由壓控晶振實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖相環(huán)單元包括:第一分頻器、第二分頻器、比較器和控制器； 所述第一分頻器用于分頻輸入的主振信號，產(chǎn)生輸入到所述比較器的第一主振分頻信號和輸入到所述控制器的第二主振分頻信號，所述第二主振分頻信號用于為所述數(shù)字信號處理單元提供采樣脈沖； 第二分頻器用于分頻輸入的本振信號，產(chǎn)生輸入到所述比較器的本振分頻信號； 所述比較器用于當(dāng)所述本振分頻信號高于預(yù)設(shè)頻率時(shí)，輸出低頻信號，當(dāng)所述本振分頻信號低于預(yù)設(shè)頻率時(shí)，輸出高頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖相環(huán)單元還包括:低通濾波器，用于對所述比較器輸出的高頻信號進(jìn)行濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號處理單元的功能由ARM芯片實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號】G01S17/36GK103472454SQ201210185518
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月7日
【發(fā)明者】謝巍, 閆威 申請人:北京博新精儀科技發(fā)展有限公司