相位式测距仪的数字信号处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种相位式测距仪的数字信号处理系统，涉及数字信号处理领域，解决传统FFT计算中存在的缺点，能够兼顾算法的精度和计算速度。该系统包括：主振单元产生主振信号，以稳定频率调制激光发射单元发射的激光信号的强度；本振单元产生本振信号；锁相环单元调节主振信号的频率，并为数字信号处理单元提供采样脉冲；激光发射单元发射激光信号；激光接收单元将反射回的激光信号转换为电信号；混频单元将电信号与主振信号混频得到包含相位信息的低频信号；功率放大单元将低频信号放大整形；数字信号处理单元对放大整形后的低频信号进行采样，采用Goertzel算法计算相位信息并转换为距离信息。本发明应用于相位式测距仪的测距。
【专利说明】相位式测距仪的数字信号处理系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字信号处理领域，尤其涉及一种相位式测距仪的数字信号处理系统。
【背景技术】
[0002]相位式测距仪(Phase Distance Meter)是通过测定连续波在仪器与目标之间往返的相位变化间接求得传播时间，从而求得距离的电磁波测距仪，其精度高、功率小和便携，适用于民用范畴，有较大的市场和应用前景。
[0003]相位式测距仪通过对激光的直接调制频率、光速和检测到的相位差的计算，得到距离值。由光源所发出的激光，进入调制器后，被来自主控振荡器(简称主振)的高频测距信号所调制，成为调幅波。这种调幅波经外光路进入接收器，经由光电器件，由光信号转为电信号。这个信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高频测距信号，它的相位已经延迟了 Φ。
[0004]φ = 2π ΧΝ+ Δ φ(I)
[0005]这个高频测距信号与来自本机振荡器(简称本振)的高频信号，经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频测距信号eD，该信号保留了高频测距信号原有的相位延迟。主振高频测距信号的一部分作为参考信号，与本振高频信号同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可以作为比相基准的低频参考信号％，由于该低频参考信号％没有经过往返测线的路程，所以不包含有相位延迟。因此，eD和％同时送入相位器采用数字测相技术进行相位比较，最后得到测距信号往返于测线的相位延迟结果。距离值由公式
[0006]D=^-X^~得到。
2/ 2π(2)
[0007]由以上的测距原理可知，相位法测距就是测定调制光波在待测距离上往返传播所产生的相位差。
[0008]现有技术提供以下几种相位信息的获取方法:
[0009]1、差频测相
[0010]经过参考混频输出的带有发射时刻相位信息的低频信号直接传输到相位计。经被测距离传播、由反光镜反射回来的、带有距离相位信息的信号，经过信号混频输出带有距离信号的低频信号em，输入相位计。将&和4比相，得出距离的相位差。这种将各测尺频率经过混频变成低频信号然后再进行测相的差频测相方法，提高了测量精度，同时也简化了电路。
[0011]设主振频率的相位为(cott+￥t)，本振频率的相位为(coRt+￥R)经参考混频器混频后，其差频er的相位为(cot-coR)t+(￥t_￥R)。
[0012]接收测距信号的相位带有距离的相位延迟为(ont+vt-ont2D)经参考混频器混频后，测距/[目号和本振/[目号的差频em的相位为[(ω t_ ω R) t+ ( Ψ t_ iyR) - ω tt2D]。[0013]&和4送入相位计比相，相位之差为:
[0014]Δ φ = (OtXt211(3)
[0015]由上面的公式可以看出，差频测相得到的Λ φ，就是高频调制波在测线距离上往返所产生的相位延迟，而测相的频率(《t-coR)，比之前的高频降低了 N倍，
[0016]
【权利要求】
1.一种相位式测距仪的数字信号处理系统，其特征在于，包括:主振单元、本振单元，锁相环单元、激光发射单元、激光接收单元、混频单元、功率放大单元和数字信号处理单元，其中， 所述主振单元用于产生主振信号，所述主振信号用于以稳定频率调制所述激光发射单元发射的激光信号的强度； 所述本振单元用于产生本振信号； 所述锁相环单元用于调节所述主振信号的频率，并用于为所述数字信号处理单元提供采样脉冲； 所述激光发射单元用于发射激光信号； 所述激光接收单元用于将反射回的激光信号转换为电信号； 所述混频单元用于将所述电信号与所述主振信号混频得到包含相位信息的低频信号; 所述功率放大单元用于将所述低频信号进行放大整形； 所述数字信号处理单元用于对放大整形后的低频信号进行采样，并采用Goertzel算法计算相位信息并转换为距离信息。
2.根据权利要求1所述的数字信号处理系统，其特征在于，所述主振单元的功能由温补晶振实现，所述本振单元的功能由压控晶振实现。
3.根据权利要求1所述的数字信号处理系统，其特征在于，所述锁相环单元包括:第一分频器、第二分频器、比较器和控制器； 所述第一分频器用于分频输入的主振信号，产生输入到所述比较器的第一主振分频信号和输入到所述控制器的第二主振分频信号，所述第二主振分频信号用于为所述数字信号处理单元提供采样脉冲； 第二分频器用于分频输入的本振信号，产生输入到所述比较器的本振分频信号； 所述比较器用于当所述本振分频信号高于预设频率时，输出低频信号，当所述本振分频信号低于预设频率时，输出高频信号。
4.根据权利要求3所述的数字信号处理系统，其特征在于，所述锁相环单元还包括:低通滤波器，用于对所述比较器输出的高频信号进行滤波。
5.根据权利要求1所述的数字信号处理系统，其特征在于，所述数字信号处理单元的功能由ARM芯片实现。
【文档编号】G01S17/36GK103472454SQ201210185518
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年6月7日 优先权日:2012年6月7日
【发明者】谢巍, 闫威 申请人:北京博新精仪科技发展有限公司