的限制，基于高精度的获得是通过被测方波高电平对与取样脉冲间的位置关系遍历，将条件改为fs=(N/M).Af也是可以达到同样的效果，只是方波高电平与取数脉冲的位置关系将以M/(N.fi)的步距变化，但经过N个方波高电平后，最终仍会遍历一个^时钟周期，此时A f = (M/N).fs，比fs = N.Δ f对应的Δ f= (1/N).fs高了M倍，这样可以大大地降低用FPGA锁相环产生f1、f2时钟的难度;至于各种上升沿的抖动，由于是大量数据的综合处理，这些抖动的作用将被极大地抑制。
[0011 ]本发明的有益效果是:通过FPGA的锁相环产生两个有频率差的时钟信号，将其中一个经过滤波变为正弦波后作为发射调制源，而用另一个时钟对由回波接收及预处理组件产生的高低电平方波进行数据读取，从而省去了混频的过程，电路板上没有高速走线，使处理电路变得更简单;又通过与本地接收及预处理组件产生的方波同步读取，两路进行中心差值的求解，再对N个数据求平均，算法上非常简单；由于求解相位差的方法是利用采样时钟对方波高电平相对位置遍历的采样方式，并通过N个高电平对解算的中心位置差值求平均得到，因此它的精度原理上不受测尺长度的影响，只要回波功率足够，它可以用长的测尺一次性获得高精度的测量值，而具体的测尺长度和精度依赖于所设计的长的测尺意味着低的调制频率，高速大功率的激光器价格高昂，而低速大功率的激光器则成本较低，而且可能获得大得多的功率;省去了混频过程，电路没有高速走线，即便多路布线相互间的干扰也可以忽略，再加上处理算法也非常简单，因而也非常适合于多路同时测距。
【附图说明】
[0012]图1是本发明激光相位测距模块的原理示意图；
[0013]其中，I为激光发射组件，2为回波接收及预处理组件，3为本地接收及预处理组件，4为FPGA处理器，11为窄带滤波器，12为驱动器，13为激光器，14为激光发射镜头，21为回波接收镜头，22为滤光片，23为光电探测器，24为前置放大器，25为窄带滤波器，26为主放大器，27为窄带滤波器，28为高速比较器，31为导光件，32为光电探测器，33为前置放大器，34为窄带滤波器，35为主放大器，36为窄带滤波器，37为高速比较器。
[0014]图2是方波高电平相对于采样时钟逐步移动的示意图；其中(a)为频率为匕的方波，(b)为频率为f2的采样时钟。
[0015]图3是回波接收及预处理组件产生的方波A和本地接收及预处理组件产生的方波B构成的一个高电平对相对于采样时钟的位置示意图；
[0016]其中，(a)为本地接收及预处理组件产生的方波B的一个高电平，(b)为回波接收及预处理组件产生的方波A的一个对应的高电平，(c)为采样时钟；由方波高电平对的移动可以确定出解算的A、B高电平对中心位置差的变化。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0018]如图1所示，为本发明激光相位测距模块的原理示意图。
[0019]有源晶振为FPGA提供10MHz时钟输入，通过锁相产生两个时钟频率，其中一个为10MHz，由10MHz分频产生一个IMHz的方波，经过滤波后变为IMHz正弦波，驱动激光发射，对应测程为150m;要获得1.5mm的测量精度，需要N= 1000，如果M= I，则要求Δ f为IkHz，由FPGA的锁相环来产生这样的一个差频是很困难的，为此，需要另行选取M值;选用双锁相环的FPGA，通过级联方式产生出100.043MHz的另一个时钟作为方波A、B数据读取时钟，此时M= 43，N/M为不可再简化的分式，满足基本的要求；由接收组件和本地接收及预处理组件的探测器接收到的IMHz光信号被处理成IMHz方波，由100.043MHz时钟读入FPGA中进行方波高电平对的中心位置差解算并通过平均解算出两个方波之间的相位差。
[0020 ] 实际上，由FPGA可以产生的方波A、B数据的读取时钟频率并不只有100.043MHz，也可以选择其它频率;而且，f1、f2和fs的产生方式也并非一定要用FPGA，也可以在外部用专门的时钟综合芯片，再与FPGA配合使用。
[0021]由于采用的发射频率比较低，可以选择成本不高的较大功率激光，比如638nm的500mW红光激光二极管是市面上很容易购到的普通商品；实际上，一些应用场合是需要采用其它近红外波长的，只需要选择相应的激光二极管即可，当然，滤光片必须与发射波长相匹配。
[0022]采用本发明制作的激光相位测距模块，具有用单尺即可精密测.量远程目标的优点，且其对激光源的调制速度要求不高，因此可以选择成本较低的较大功率激光以增加测量距离。
[0023]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换;所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
【主权项】
1.一种激光相位测距模块，包括激光发射组件(1)、回波接收及预处理组件(2)、本地接收及预处理组件⑶、FPGA处理器⑷;FPGA处理器用锁相环产生两个时钟频率、f2，由时钟频率^分频产生一个测尺频率匕的方波信号送给激光发射组件;激光发射组件内，测尺频率fs的方波信号经过第一窄带滤波器(11)后变为正弦波，经由驱动器(12)产生驱动电流，驱动激光器(13)发射激光，经发射镜头(14)向目标发射；回波接收及预处理组件内，经目标反射的回波经接收镜头(21)、滤光片(22)后到达光电探测器(23)，光电探测器(23)输出光电信号依次经过前置放大器(24)、第二窄带滤波器(25)、主放大器(26)、第三窄带滤波器(27)及比较器(28)预处理后输出频率为fs的方波A，送入到FPGA处理器;本地接收及预处理组件内，导光件(31)将激光器发射激光部分导入，对导入激光作与回波接收及预处理组件相同预处理后输出方波B，同样送入到FPGA处理器;FPGA处理器用时钟频率f2对两路方波A、B同步读取，通过数据处理解算出两路方波之间相位差，对应给出目标距离。2.按权利要求1所述激光相位测距模块，其特征在于，所述FPGA处理器用锁相环产生的两个时钟频率f1、f2，频率差Δ f = 5士，频率差Δ f与测尺频率匕之间应当满足如下关系:fs= (N/M).A f，其中，N为处理方波的周期个数，M为大于I的整数，N>M，且N/M为不可简化的分数。
【专利摘要】本发明涉及到激光测距技术，提供一种激光相位测距模块，包括激光发射组件、回波接收及预处理组件、本地接收及预处理组件、FPGA处理器；FPGA处理器用锁相环产生两个时钟频率f1、f2，由时钟频率f1分频产生一个测尺频率fs的方波信号送给激光发射组件；激光发射组件向目标发射激光；经目标反射的回波经回波接收及预处理组件处理后输出频率为fs的方波A；本地接收及预处理组件将发射激光部分导入，并对导入激光作与回波接收及预处理组件相同预处理后输出方波B；FPGA处理器用时钟频率f2对两路方波A、B同步读取，通过数据处理解算出目标距离。本发明无需混频处理，能够采用一个测尺实现远程的精密测距，适用于单点测距及多路同时测距设备中。
【IPC分类】G01S17/36, G01S7/491
【公开号】CN105652282
【申请号】
【发明人】彭仁军, 段逢源, 王凯
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月29日