第四章介绍了激光测距的整体电路框图，激光测距的FPGA/CPLD核心芯片框图及时间间隔测量仿真原理，着重介绍了时间间隔测量中各模块的设计原理、模块框图和时序仿真，最后说明了测距整体模块的设计仿真，进行了开发板硬件仿真并分析实测数据结果。
第五章对本论文进行了总结，介绍本课题取得的成果、存在的不足及待改善之处，还总结了自己在本课题中学到的知识和心得体会。
1.5本章小结
本章介绍了课题“激光测距CPLD研究与开发”的研究背景与意义，着重说明了国内外激光测距的研究现状以及本课题研究的主要工作任务。
本文介绍了激光测距的基本原理,详细介绍了相位式激光测距和脉冲式激光测距的原理,结合两种激光测距方法的特点,选用脉冲式激光测距进行距离测量的算法研究。为了提高脉冲式激光测距的精度,减少激光测距电路的复杂性,采用延迟线插入法测量激光飞行时间间隔,可以在单片FPGA/CPLD芯片中实现测距算法,研究出测距的专用芯片。
电信学院学士学位论文
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本文介绍了激光测距的基本原理,详细介绍了相位式激光测距和脉冲式激光测距的原理,结合两种激光测距方法的特点,选用脉冲式激光测距进行距离测量的算法研究。为了提高脉冲式激光测距的精度,减少激光测距电路的复杂性,采用延迟线插入法测量激光飞行时间间隔,可以在单片FPGA/CPLD芯片中实现测距算法,研究出测距的专用芯片。
第二章 激光测距技术
2.1激光测距技术简介
激光是指受激辐射放大和必要的反馈而产生的准直、单色、相干的光束。按照激光工作介质的不同，激光可以分为固体激光、气体激光、液体激光和半导体激光。激光测距是利用激光良好的准直性、单色性和相干性以及非常小的发散角度来测量距离的一种非接触式测量技术。
2.1.1 激光测距原理
激光测距的原理是利用激光发射器向被测目标发射激光脉冲或激光脉冲串，通过测量激光脉冲到达被测目标并由被测目标返回到激光接收机的往返时间或相位，由信号处理单元与距离显示单元计算得到被测目标至测距系统的距离并显示。激光测距原理如图1-1所示。
图2-1 激光测距原理图
根据激光测距的基本原理，激光测距可分为激光飞行时间测距和非飞行时间激光测距，其中飞行时间测距可分为脉冲式激光测距和连续波激光测距，连续波激光测距又根据起止时刻标识的不同可分为相位激光测距和调频激光测距，在实际应用中，广泛使用的是相位式激光测距和脉冲式激光测距。
2.1.2相位式激光测距
相位式激光测距是通过对激光的强度进行调制实现的，用发射的调制光和被测目标反射的接收光之间光强的相位差包含的距离信息来实现对被测目标距离的测量，由于采取调制和差频测相等技术，测量精度高，相对误差仅有百万分之一，在几千米的距离上误差只有几毫米，广泛应用于有合作目标的精密测距场合。
相位式激光测距首先利用无线电波段的频率对激光束进行幅度调制，对激光束进行幅
本文介绍了激光测距的基本原理,详细介绍了相位式激光测距和脉冲式激光测距的原理,结合两种激光测距方法的特点,选用脉冲式激光测距进行距离测量的算法研究。为了提高脉冲式激光测距的精度,减少激光测距电路的复杂性,采用延迟线插入法测量激光飞行时间间隔,可以在单片FPGA/CPLD芯片中实现测距算法,研究出测距的专用芯片。
度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。其测量基本原理如图1-2所示。
图2-2 相位式激光测距
设调制光角频率为ω=2πf，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ= 2mπ+Δφ（m为零或正整数），则对应时间t =φ/ω，距离D可表示为：
ctc c (2m ) （2.1） D 22 2 2 f
由上式可知，只要测出在待测距离D上往返一次产生的相位延迟φ，就可以计算出距离D。因而，在理论上影响相位式测距精度的因素主要有光速误差c、调制频率f和相位延迟φ。
2.1.3脉冲式激光测距
脉冲式激光测距的工作原理是：测距仪激光发射器发射出的激光经被测目标反射后又被测距仪激光接收机接收，测距仪同时记录激光往返的时间。脉冲式激光测距可以达到极远的测程，而且不需要合作目标也可以进行测距。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测目标之间的距离。其测距原理如图2-3所示。
图2-3 脉冲式激光测距
如果光以速度c在空气中传播，在A、B两处间往返一次所需时间为t，则A、B两处
本文介绍了激光测距的基本原理,详细介绍了相位式激光测距和脉冲式激光测距的原理,结合两种激光测距方法的特点,选用脉冲式激光测距进行距离测量的算法研究。为了提高脉冲式激光测距的精度,减少激光测距电路的复杂性,采用延迟线插入法测量激光飞行时间间隔,可以在单片FPGA/CPLD芯片中实现测距算法,研究出测距的专用芯片。
的距离D可用下列表示：
D ct
2 （2.2）
由上式可知，要测量A、B两处的距离实际上是测量光传播的时间t。脉冲式激光测距的测量精度主要依赖于激光脉冲的上升沿和时间间隔测量精度，要提高激光飞行时间t的测量精度，必须准确的确定时间t的起止时刻。
2.2测距方法的确定
相位式激光测距的测距精度高，但相位检测一般只能检测到两信号间不满一个周期的相对相位差，测量距离就必须限制在调制波长的一半之内。如果测量较长的距离，就必须利用数个不同的调制频率对同一距离作测量。这样就大大增加了系统的电路复杂程度。通常，较复杂的电路也多意味着较复杂的设计限制、较大的体积与较高的功率消耗。
脉冲式激光测距具有以下优点：第一，由于脉冲激光通常可以有很高的瞬间输出光功率，因此在相同的总平均光功率输出的条件下，脉冲激光测距仪可测量的距离远比相位激光测距仪要长。第二，测距速度较快，脉冲激光测距只需要收到回波脉冲即结束计时，所以采取某些计时方式时，其单次测量所需要的时间非常短。而相位激光测距法是针对连续信号的测量，因此比较费时，不适合高频测距的场合。第三，不需要合作目标，隐蔽和安全性较高。相位激光测距通常需要在目标物处放置反射镜等装置，来提高回波功率，而脉冲激光测距有很高的瞬时功率，不需要目标有合作性。所以脉冲激光测距仪利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点，可以达到极远的测程，在进行几公里的短程测距时，可以实现目标距离的精确测量。