【摘 要】
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相位式激光测距技术以测速快、精度高等特点在中短距离非接触式主动测量领域得到广泛应用。在每秒百万次测量、亚毫米精度的相位式激光测距系统研制中，高速、高精度数字鉴相方
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相位式激光测距技术以测速快、精度高等特点在中短距离非接触式主动测量领域得到广泛应用。在每秒百万次测量、亚毫米精度的相位式激光测距系统研制中，高速、高精度数字鉴相方法是保证系统指标要求的关键技术之一。
本文通过原理仿真与硬件实现，深入研究数字鉴相方法并完成数字鉴相系统。仿真针对数字相关法、数字正交法、频域数字鉴相法和全相位谱分析法在信噪比、频率偏移等因素影响下的鉴相性能展开对比分析，结果表明，全相位谱分析法具有更优良的抗频偏、抗杂散和抗谐波干扰性能，在综合因素影响下仍能保持较低的误差，适用于高速、高精度鉴相。基于仿真结果，本文设计了全相位谱分析法的两种FPGA实现方案：全相位预处理后的数据利用FFT IP核实现DFT，通过一次复数序列的FFT实现两个实数序列的FFT；根据中频频率和采样频率的关系，隔点抽取采样数据简化DFT的运算量，全相位预处理后的数据经加、减运算直接计算峰值谱线。数字鉴相系统以相位差测量为核心模块，能够达到1MHz的鉴相速率。为验证已实现的数字鉴相方法的精度与分辨力，在实验室环境下采集测试数据并统计分析，信噪比高于28.76dB时两种方案的鉴相精度均优于0.31°(测距精度为1.08mm)，能够有效抑制频率偏移的影响，分辨力均为0.02°(测距分辨力为0.07mm)。集成测距实验表明，已完成的系统能够实现每秒百万次测量，测距精度可达0.40mm。
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