高精度激光测距仪硬件电路研究
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摘要
本论文围绕高精度激光测距仪开发，参照课题技术指标的基础上，旨在尝试解决激光测距仪精度较低的问题，对相位式激光测距仪的硬件电路设计进行了深入地研究和探讨。
论文首先介绍了激光测距仪的发展及现状，对激光测距的应用进行了简单的介绍；对激光测距技术的原理进行了详细的描述，着重介绍了相位式激光测距的工作机理，并且阐述了脉冲式激光测距的原理，根据项目要求选择了合理的测距方式。
其次，论文研究了激光二极管的工作原理，并在此基础上设计了能够进行自动功率控制的激光二极管驱动电路，设计了延时和软启动电路，实现了激光信号的稳定发射，在应用锁相环基础上对频率合成技术进行了研究。
同时，论文对接收信号的光电检测及放大电路进行了探讨和研究，设计了具有内外光路的光电检测电路，对接收信号的接收、放大、滤波及整形进行了研究，分析了光电检测系统噪声的产生，并描述了减小噪声采取的措施。
此外，对设计系统电路板过程中所应该注意的各种事项进行了简单的陈述，对抗干扰电路的设计进行了简单的介绍。
最后，对本系统的实验结果以及工作进展进行了简单的总结。
Probed into the exploitation of the high precision laser ranging, andbased on the technical specifications, the paper attempted to solve the problemthat the precision is low in the measurements of laser ranging, gave a deeplyresearch in the hardware design of the laser phase-shift ranging.
At the beginning, the paper introduced the developments and applicationsof the laser ranging: gave a detailed depiction in principles of the laserranging, particularly introduced the laser phase-shift ranging, and chose asuitable ranging mode.
Next, the paper investigated the theories of the laser diode, and designeda drive circuit which could be auto power controller(APC); designed atime-lapse and slow-start circuit, realized stable transmit of the lasersignals: gave a simple research to the frequency synthesizers based onphase-locked loop circuits.
Then, the paper proposed an amplifier circuit, investigated the photodiodemonitoring: designed a circuit which had two optoelectronic channels, analyzedthe noises in optoelectronic detectors, and discussed the methods of reducingthe noises.
Then after, the paper analyzed various interferences of the circuit boardwe designed, proposed effective solutions.
At last, it is explained the test results and the progress of the work,gave some experience sum-up to the exploitation of the laser phase-shiftranging.
论文首先介绍了激光测距仪的发展及现状，对激光测距的应用进行了简单的介绍；对激光测距技术的原理进行了详细的描述，着重介绍了相位式激光测距的工作机理，并且阐述了脉冲式激光测距的原理，根据项目要求选择了合理的测距方式。
其次，论文研究了激光二极管的工作原理，并在此基础上设计了能够进行自动功率控制的激光二极管驱动电路，设计了延时和软启动电路，实现了激光信号的稳定发射，在应用锁相环基础上对频率合成技术进行了研究。
同时，论文对接收信号的光电检测及放大电路进行了探讨和研究，设计了具有内外光路的光电检测电路，对接收信号的接收、放大、滤波及整形进行了研究，分析了光电检测系统噪声的产生，并描述了减小噪声采取的措施。
此外，对设计系统电路板过程中所应该注意的各种事项进行了简单的陈述，对抗干扰电路的设计进行了简单的介绍。
最后，对本系统的实验结果以及工作进展进行了简单的总结。
Probed into the exploitation of the high precision laser ranging, andbased on the technical specifications, the paper attempted to solve the problemthat the precision is low in the measurements of laser ranging, gave a deeplyresearch in the hardware design of the laser phase-shift ranging.
At the beginning, the paper introduced the developments and applicationsof the laser ranging: gave a detailed depiction in principles of the laserranging, particularly introduced the laser phase-shift ranging, and chose asuitable ranging mode.
Next, the paper investigated the theories of the laser diode, and designeda drive circuit which could be auto power controller(APC); designed atime-lapse and slow-start circuit, realized stable transmit of the lasersignals: gave a simple research to the frequency synthesizers based onphase-locked loop circuits.
Then, the paper proposed an amplifier circuit, investigated the photodiodemonitoring: designed a circuit which had two optoelectronic channels, analyzedthe noises in optoelectronic detectors, and discussed the methods of reducingthe noises.
Then after, the paper analyzed various interferences of the circuit boardwe designed, proposed effective solutions.
At last, it is explained the test results and the progress of the work,gave some experience sum-up to the exploitation of the laser phase-shiftranging.
引文
1 李相银，姚敏玉，李卓，崔骥．激光原理技术及应用．第1版．哈尔滨工业大学出版社，2004
2 刘忠达．激光应用与安全防护．第1版．辽宁科学技术出版社，1985
3 阎吉祥，崔小虹，高春清，于常青．激光原理与技术．第1版．高等教育出版社，2004
4 乐俊淮，杨立忠，常照波．激光技术．第1版．中国科学技术出版社，1994
5 邓开发，陈洪，是度芳，陈新．激光技术与应用．第1版．国防科技大学出版社，2002
6 朱京平．光电子技术基础．第1版．科学出版社，2003
7 杨小丽．光电子技术基础．第1版．北京邮电大学出版社，2005
8 安毓英，曾晓东．光电探测原理．第1版．西安电子科技大学出版社，2004
9 浦昭邦．光电测试技术．第1版．机械工业出版社，2004
10 杨家德，钱博森，蒋臣琦，廖汇芳．光电技术实用电路精选．第1版．成都科技大学出版社，1996
11 赵负图．光电检测控制电路手册．第1版．化学工业出版社，2001
12 谢自美，尹仕，肖看，赵云娣，罗杰．电子线路综合设计．第1版．华中科技大学出版社，2006
13 江思敏．PCB和电磁兼容设计．第1版．机械工业出版社，2006
14 姜雪松，陈绮，许灵军，范博．印制电路板设计．第1版．机械工业出版社，2006
15 程昱，刘建伟．Protel DXP电路设计白金数学．第1版．科学出版社，2004
16 吴慎山．电子线路设计与实践．第1版．电子工业出版社，2005
17 赵家贵．电子电路设计．第1版．中国计量出版社，2005
18 张延伟．Protel DXP电子电路设计技法范例．第1版．清华大学出版社，2005
19 韩亚萍．Protel DXP基础教程．第1版．清华大学出版社，2005
20 鲁道夫．F．格拉夫(美)，杨秀芝，杨琦，林旭，李伟．电子线路设计速查手册．第1版．福建科学技术出版社，2005
21 何希才，邹炳强．通用电子电路应用400例．第1版．电子工业出版社，2005
22 韩广兴．电子元器件与实用电路基础．第1版．电子工业出版社，2005
23 精英科技．电路板设计完全手册．第1版．中国电力出版社，2002
24 周润景．Cadence PCB设计与制板．第1版．电子工业出版社，2005
25 戴永江，激光雷达原理．第1版．国防工业出版社，2001
26 高林奎，宋玮编．激光测距．第1版．人民铁道出版社，1977．4
27 胡斌．图表细说元器件及实用电路．第1版．电子工业出版社，2005
28 任明冰．半导体脉冲激光测距机的硬件电路设计：[硕士学位论文]．南京理工大学，2004
29 周明祺．空间交会相位激光测距原理方案及发射接收技术研究：[硕士学位论文]．电子科技大学，2003．6
30 吕晓玲．半导体激光测距接收系统研究：[硕士学位论文]．长春理工大学，2006．5
31 顾颖．激光技术的发展历史．记录媒体技术．2006(9，10)：73-77
32 金宁，汪伟翁，剑枫，张增耀．用于相位法激光测距的电路系统设计．光电子·激光．2001(8)：864-867
33 毛海涛，林咏梅，冯伟．慢启动半导体激光器驱动电源的设计．新乡师范高等专科学校学报．2005(5)：21-23
34 琚新刚．锁相环频率合成器．河南教育学院学报(自然科学版)．2004(4)：25-27
35 余开国．小型化激光测距机的抗干扰设计．激光集锦．2003(2，3)：46-48
36 胡志敏，林晓春，严绍辉．功率稳定可调LD驱动电路设计．电子技术应用．2004(12)：39-41
37 霍戍文，李伟，李进，陈科．光电探测微信号放大器设计．浙江理工大学学报．2005(3)：259-261
38 姜先申，韩焱．光电探测器噪声分析及降低噪声方法．现代电子技术．2005(4)：3-4
39 金宁，汪伟，张增耀，黄咏梅．高精度数字检相电路设计．中国计量学院学报．2002(1)：60-62
40 汪友生，徐小平．相位法激光测距的实现．北京工业大学学报．2003(4)：424-427
41 赵铭权，赵铭军．相位激光测距技术及其应用．电光系统．2001(3)：31-32
42 岱钦，宋文武，王希军．高频半导体激光器的驱动设计及稳定性分析．光学精密工程．2006(5)：745-748
43 张处武，胡学同．精密相位激光测距仪的研究．激光杂志．1998(6)：39-42
44 高敏，王建锋．一种手持式激光测距仪的电路设计．电子产品世界．2004．12：115-117
45 李田泽，李增祥，孙永伟．激光测距系统的设计．计量技术．2003(3)：6-8
46 赵大龙，秦来贵，霍玉晶．脉冲激光测距接收技术的研究．光电子技术应用．2005(3) ：19-21
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48 周天文，黄进明．我国脉冲激光测距技术的发展．激光集锦．2002(1)：17-20
49 张建华．微弱光电信号监测系统．光电子技术．2002(2)：87-89
50 陈宇．基于EDA技术实现光电检测系统设计．山西电子技术．2005(3)：13-15
51 刘锋．脉冲半导体激光测距机的研制及应用．红外与激光工程．2003(2)：118-122
52 张洪昌，田会方，赵恒．高精度恒温控制电路．武汉理工大学学报．信息与管理工程版．2006(4)：38-40
53 张秀峰，韩炳冬，宋克菲，林久令．集成锁相环在脉冲调制系统中的应用．光电工程．2004(31)：117-120
54 王秀芳，王江，杨向东．相位激光测距技术研究概述．激光杂志．2006(2)：4-5
55 李春密．激光的应用．学科教育．1996(3)：31-33
56 姜田华．实现直接数字频率合成器的三种技术方案．电子技术应用．2004(3)：1-3
57 王继维，段桂华，刘雁群．锁相环频率合成器的三种技术方案．应用技术研究．2003(2)：6-8
58 王德，李学千．半导体激光器的最新进展及其应用现状．光学．精密工程．2001(3)：279-283
59 梁芳，孙晓明，强锡富．非合作目标相位式激光测距系统的测程估计．光学技术．1999(5)：28-30
60 朱相磊，王存记．脉冲-相位式激光测距仪的研究．仪器仪表用户．2004(5)：3-4
61 Kurisu, M. Yokokohji, Y. Shiokawa, Y. Samejima, T. Development of a laser range finder for 3D map-building in rubble. 2004 IEEE/RSJ. 2004(1):443-448
62 W A Kielek. Random error in timing using weak light pulse, photomultiliier, and thresholdcrossing detection[J].IEEE. Trans. lnst. And Mega, 1998,47(2):543-550
63 M L Simposon, M J Paulus. Discriminator design considerations for time-interval measurement circuits in collider detector systems. [J]. IEEE Trans. Nuel. Sci., 1998,45(1):98-104
64 Levin L. Fiber Optic Velocity Interferometer with Very Short Coherence length Light Source. Rev. Sci. Instrum. 1996, Vol. 67, N0.4:1434-1437
65 Poujouly, S, Bernard Journet, Dominique Placko. Digital laser range finder:phase-shift estimation by undersampling technique. Industrial Electronics Society, 1999. IECON '99. IEEE. 1999,Vol: 3:1312-1317
66 Sephane Poujouly, Bernard Journet, Dominique Placko. Laser Range Finder based on Fully Digital Phase-Shift Measurement. Proceedings of the 16th IEEE, 1999, Vol: 3: 1773-1776
2 刘忠达．激光应用与安全防护．第1版．辽宁科学技术出版社，1985
3 阎吉祥，崔小虹，高春清，于常青．激光原理与技术．第1版．高等教育出版社，2004
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5 邓开发，陈洪，是度芳，陈新．激光技术与应用．第1版．国防科技大学出版社，2002
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8 安毓英，曾晓东．光电探测原理．第1版．西安电子科技大学出版社，2004
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52 张洪昌，田会方，赵恒．高精度恒温控制电路．武汉理工大学学报．信息与管理工程版．2006(4)：38-40
53 张秀峰，韩炳冬，宋克菲，林久令．集成锁相环在脉冲调制系统中的应用．光电工程．2004(31)：117-120
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56 姜田华．实现直接数字频率合成器的三种技术方案．电子技术应用．2004(3)：1-3
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58 王德，李学千．半导体激光器的最新进展及其应用现状．光学．精密工程．2001(3)：279-283
59 梁芳，孙晓明，强锡富．非合作目标相位式激光测距系统的测程估计．光学技术．1999(5)：28-30
60 朱相磊，王存记．脉冲-相位式激光测距仪的研究．仪器仪表用户．2004(5)：3-4
61 Kurisu, M. Yokokohji, Y. Shiokawa, Y. Samejima, T. Development of a laser range finder for 3D map-building in rubble. 2004 IEEE/RSJ. 2004(1):443-448
62 W A Kielek. Random error in timing using weak light pulse, photomultiliier, and thresholdcrossing detection[J].IEEE. Trans. lnst. And Mega, 1998,47(2):543-550
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65 Poujouly, S, Bernard Journet, Dominique Placko. Digital laser range finder:phase-shift estimation by undersampling technique. Industrial Electronics Society, 1999. IECON '99. IEEE. 1999,Vol: 3:1312-1317
66 Sephane Poujouly, Bernard Journet, Dominique Placko. Laser Range Finder based on Fully Digital Phase-Shift Measurement. Proceedings of the 16th IEEE, 1999, Vol: 3: 1773-1776