高精度大帶寬激光測距裝置及提高激光測距精度與帶寬的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光測距技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種高精度大帶寬激光測距裝置，W 及提高激光測距精度與帶寬的方法
【背景技術(shù)】
[0002] 激光測距儀是利用激光對目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測定（又稱激光測距）的儀器。激 光測距儀在工作時向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，計時 器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標(biāo)的距離。
[0003] 激光測距儀一般采用兩種方式來測量距離：脈沖法和相位法。脈沖法測距的過程 是該樣的；測距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測量物體的反射后又被測距儀接收，測距儀同時記錄 激光往返的時間。光速和往返時間的乘積的一半，就是測距儀和被測量物體之間的距離。脈 沖法測量距離的精度是一般是在+/-1米左右。另外，此類測距儀的測量盲區(qū)一般是15米 左右。
[0004] 激光測距是光波測距中的一種測距方式，如果光W速度C在空氣中傳播在A、B兩 點(diǎn)間往返一次所需時間為t，則A、B兩點(diǎn)間距離D可用下列表示：
[0005] D=ct/2
[0006] 式中；D-測站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離；C一一速度；t-光往返A(chǔ)、B-次所需的時間。
[0007] 由上式可知，要測量A、B距離實(shí)際上是要測量光傳播的時間t，根據(jù)測量時間方法 的不同，激光測距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測量形式。
[000引相位式激光測距一般應(yīng)用在精密測距中。由于其精度高，一般為毫米級，為了有效 的反射信號，并使測定的目標(biāo)限制在與儀器精度相稱的某一特定點(diǎn)上，對該種測距儀都配 置了被稱為合作目標(biāo)的反射鏡。
[0009] 若調(diào)制發(fā)射光的頻率為《，在待測量距離D上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為CP，則對 應(yīng)時間t可表示為；
[0010] t=Cp/(Aj
[0011] 在激光測距技術(shù)領(lǐng)域中，通常須要多個頻率W提高測量的精度和量程，比如要測 量200米的距離，使其產(chǎn)生的相位延遲為1，那么頻率的計算公式為；D=c/(?*2)，那么 其測量頻率需要在0. 75M左右，但量程大了之后，又無法保證測量的精度，如要提高精度， 則需要較大的頻率《，要在80MW上的頻率，該樣會造成測距儀器的最高頻和最低頻相差 幾十倍或更多，該樣在測量的電路設(shè)計中，該種相差很大的頻率很難實(shí)現(xiàn)每個頻率的平衡 放大，該樣就會保證高頻，但低頻信號可能會不完整，而保證低頻測高頻可能沒有更大的增 益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種高精度大帶寬激光測距裝 置，采用混頻的電路將高頻調(diào)制到低頻上，讓所有頻率都變成高頻信號。
[0013] 本發(fā)明的另一目的是提供一種提高激光測距精度與帶寬的方法，解決激光測距儀 中發(fā)射電路中頻率帶寬大導(dǎo)到精度低的問題，保證精度的情況下讓頻率都能得到較高的調(diào) 制深度。
[0014] 本發(fā)明是通過W下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0015] 提供一種高精度大帶寬激光測距裝置，包括主控電路，主控電路包括鎖相電路、混 頻電路和控制電路。由鎖相電路部分發(fā)射兩路頻率不同但相位差不變或相同的兩路信號， 即一路高頻信號和一路低頻信號。將兩路信號同時輸入到混頻電路中，混頻處理后輸出一 路相位不變的高頻調(diào)制信號，W高頻調(diào)制信號作為基準(zhǔn)信號；控制電路用于接收到反射光 產(chǎn)生的接收端的信號，與基準(zhǔn)信號進(jìn)行對比得到相位差。
[0016] 只要對高頻（CLK2)的信號進(jìn)行放大，無須過多關(guān)注低頻（CLK1)放大電路的設(shè)計， 調(diào)制后的信號的頻率為CLK1的低頻信號，且是相位和頻率穩(wěn)定不會變化的信號。
[0017] 混頻電路的實(shí)現(xiàn)可W采用混頻集成巧片，也可W用S極管，四極管等器件實(shí)現(xiàn)。W 上所述的技術(shù)主案中，所述混頻電路包括兩個電阻R4、R3和雙極性晶體管；兩路信號分別 通過電阻R4、R3流入雙極性晶體管混合成一路信號。
[0018] 進(jìn)一步的，還包括有對高頻調(diào)制信號信號進(jìn)行放大的放大電路。
[0019] 本發(fā)明還提供一種提高激光測距精度與帶寬的方法，包括有主控電路，所述主控 電路包括鎖相電路、混頻電路和控制電路，該方法包括如下步驟：
[0020] 鎖相電路發(fā)射高頻率和低頻率的兩路信號給混頻電路，但兩路信號的相位差不變 或相同；
[0021] 混頻電路接收兩路信號，混頻處理后輸出一路相位不變的高頻調(diào)制信號，W高頻 調(diào)制信號作為基準(zhǔn)信號；
[0022] 控制電路接收到反射光產(chǎn)生的信號，與基準(zhǔn)信號進(jìn)行對比得到相位差。
[0023] 本發(fā)明的技術(shù)方案，其技術(shù)效果在于，可W解決測距儀中發(fā)射電路中頻率帶寬大 的問題，可W更好為激光發(fā)射器提供均衡的頻率調(diào)制信號，讓不同的頻率都能得到較高的 調(diào)制深度。
【附圖說明】
[0024] 圖1是實(shí)施例中的測距裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0025] 圖2是實(shí)施例中的測距裝置的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] W下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明。
[0027] 參照附圖所示，本實(shí)施例的高精度大帶寬激光測距裝置，其主控電路包括鎖相電 路、混頻電路、控制電路和放大電路。
[002引鎖相電路主要由鎖相回路化L組成，當(dāng)激光測距的激光發(fā)射器發(fā)射激光時，同時 由化L發(fā)送兩路相位差相同、頻率不同的兩路時鐘信號CLK1、CLK2,其中CLK1為高頻率的 時鐘信號，CLK2為低頻率的時鐘信號。
[0029] 混頻電路包括兩個電阻R4、R3和雙極性晶體管Q2,時鐘信號CLK1經(jīng)電阻R4后流 入雙極性晶體管的G1端，時鐘信號CLK1經(jīng)電阻R4后流入雙極性晶體管的G1端，D端作為 信號輸出端，S端接地。雙極性晶體管相當(dāng)于兩個晶體管串聯(lián)，接收兩路信號后通過晶體管 的非線性作用，將兩路信號混合成一路信號，混頻處理后輸出一路相位不變的高頻調(diào)制信 號，W高頻調(diào)制信號作為基準(zhǔn)信號；
[0030] 信號如圖所示，鎖相電路將相對高頻的CLK2信號調(diào)制到相對低頻的CLK1信號上， 得到有CLK1和CLK2頻譜的一路時鐘信號。因?yàn)闇y距儀的接收端的信號頻率沒有調(diào)制，只 有相對低頻的CLK1有差頻，如10KHZ，相對高頻的CLK2也會與本振有差頻，但頻率相差非 常大。通過頻波電路便可W將信號中的差頻、和頻全部濾除，最終我們得到了相對低頻與本 振信號的差頻，便可W通過此信號計算出測量的相位差，該樣便可W解決測距儀中發(fā)射電 路中頻率帶寬大的問題，可W更好為激光發(fā)射器提供均衡的頻率調(diào)制信號，讓不同的頻率 都能得到較高的調(diào)制深度。
[0031] 經(jīng)混頻后的高頻調(diào)制信號進(jìn)入到放大電路進(jìn)行放大，放大電路如圖所示，包括電 阻R1、電阻R2、=極管Q1、電感器L1和電容器C2,=極管的基極通過電阻R1連接到雙極性 晶體管Q2的D端，電阻R2和電容器C2串聯(lián)并與電感器L1并聯(lián)后，連接在=極管的集電極 或發(fā)射極上。
[0032] W上實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明技術(shù)原理的基礎(chǔ)上所做的任何顯而易見的改動，都屬于本 發(fā)明的構(gòu)思和所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高精度大帶寬激光測距裝置，包括有主控電路，其特征在于，所述主控電路包括 鎖相電路、混頻電路及控制電路； 鎖相電路用于發(fā)射高頻率和低頻率的兩路信號給混頻電路，但兩路信號的相位差不變 或相同； 混頻電路用于接收兩路信號，混頻處理后輸出一路相位不變的高頻調(diào)制信號，以高頻 調(diào)制信號作為基準(zhǔn)信號； 控制電路用于接收到反射光產(chǎn)生的接收端的信號，與基準(zhǔn)信號進(jìn)行對比得到相位差。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度大帶寬激光測距裝置，其特征在于，所述混頻電路包 括兩個電阻R4、R3和雙極性晶體管；兩路信號分別通過電阻R4、R3流入雙極性晶體管混合 成一路信號。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度大帶寬激光測距裝置，其特征在于，還包括有放大電 路，對高頻調(diào)制信號信號進(jìn)行放大。4. 一種提高激光測距精度與帶寬的方法，基于權(quán)利要求1所述的高精度大帶寬激光測 距裝置，包括有主控電路，所述主控電路包括鎖相電路、混頻電路和控制電路，該方法包括 如下步驟： 鎖相電路發(fā)射高頻率和低頻率的兩路信號給混頻電路，但兩路信號的相位差不變或相 同； 混頻電路接收兩路信號，混頻處理后輸出一路相位不變的高頻調(diào)制信號，以高頻調(diào)制 信號作為基準(zhǔn)信號； 控制電路接收到反射光產(chǎn)生的信號，與基準(zhǔn)信號進(jìn)行對比得到相位差。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述提高激光測距精度與帶寬的方法，其特征在于，所述混頻電路 包括兩個電阻R4、R3和雙極性晶體管的Gl、G2 ;兩路信號分別通過電阻R4、R3流入雙極性 晶體管混合成一路信號。
【專利摘要】本發(fā)明屬于激光測距技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種提高激光測距精度與帶寬的方法，包括鎖相電路、混頻電路和控制電路，該方法包括如下步驟：鎖相電路發(fā)射高頻率和低頻率的兩路信號給混頻電路，但兩路信號的相位差不變或相同；混頻電路接收兩路信號，混頻處理后輸出一路相位不變的高頻調(diào)制信號，以高頻調(diào)制信號作為基準(zhǔn)信號；控制電路接收到反射光產(chǎn)生的信號，與基準(zhǔn)信號進(jìn)行對比得到相位差?？梢越鉀Q測距儀中發(fā)射電路中頻率帶寬大的問題，可以更好為激光發(fā)射器提供均衡的頻率調(diào)制信號，讓不同的頻率都能得到較高的調(diào)制深度。
【IPC分類】G01S17/32
【公開號】CN104977589
【申請?zhí)枴緾N201510337644
【發(fā)明人】王振興
【申請人】王振興
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月17日