机载激光测距系统构建与实现
机载激光测距系统构建与实现
作者:刘鹏尹川
一、系统总体设计
1.1测尺频率的选择。相位法激光测距仪是通过测最接收到的激光回波信号与发射的激光调制信号之间的相位差来计算目 标物的相对距离。
1.2混频技术的应用。由于本系统中测量距离较为几十米 到几百米之间,计算出的测尺频率为5MHz,属于中高频信号, 对其测量是相当困难的。为了便千后续模数转换电路的进行采集,保证测量精度,在保持相位不变的前提下对其进行降频是 有必要的,利用混频技术进行降频是一种可行的方式。混频的 基本原理是利用模拟相乘混频器是将两个模拟信号相乘,实现 两个信号和频和差频的计算。其中,为了混频而引入的信号称 为本振信号,经过低通滤波器或带通滤波器后的差频信号即降频后的信号。
二、硬件设计
2.1激光发射电路设计。激光二极管具有两种发光形式,一种是自发辐射,另一种是受激辐射。只有在满足一定条件下,二极管才会发生受激辐射而产生激光。在此,假设受激辐射的阔值电流为几,当注入的电流达到该阙值时,激光二极管输出功率将急剧增加,此时便会产生激光振荡和放大。当注入电流I<I"时,激光二极管发出荧光,是一种自发辐射形式;当注入电流I>几时,激光二极管发出激光,是一种受激辐射形式。为了使激光二极管发出激光,即处千受激辐射形式,注入电流必须要大于阙值电流。
2.2激光接收电路设计。在相位法激光测距系统中,回波信号是非常微弱的,如果所选择的光敏检测器件灵敏度不高,将会对测最造成很大偏差。因此,通常为了提高测量精度,雪崩光电二极管(APD)通常被选为光敏接收器件在相位法激光 测距系统中,回波信号是非常微弱的,如果所选择的光敏检测 器件灵敏度不高,将会对测址造成很大偏差。因此,通常为了 提高测量精度,雪崩光电二极管(APD)通常被选为光敏接收 器件。APD作为光敏接收器件其内部增益很大,且响应速度较快,电流在进入APD后能够进行内部放大,这样便可输出较大的电 流,提高后级放大电路输入信号的信噪比。为了给APD提供一 个反向偏压电路,本设计采用NE555方波发生器、电容电感储能器件、三极管以及二极管等组成。
三、系统调试
3.1标准信号发生电路调试。DDS芯片采用AD9850,通过 DSP控制产生固定频率信号。
3.2信号发射与接收电路调试。发射电路部分硬件主要是 激光的调制驱动,主要通过观察调制光强度的变化,使光强度 随调制信号的变化而变化。在对激光器进行驱动时,注意使注入电流的最小值大于阔值电流,而注入电流是由交流信号叠加直流信号组成的。
APD反向偏压电路中,需要较高的反向偏置电压提供给 APD, 利用NE555产生方波信号的频率和占空比会影响输出的 高电压,在电路中电阻和电容的选取很重要,它们影响方波的频率和占空比,设计中可将电阻凡和凡用可变电阻代替,便 于调节NE555输出方波的频率和占空比。在本次设计中,需要 给APD提供一个90~210V的偏置电压,通过反复调试,最后可 以将输入的5V电压升压到120V,相应的NE555产生的方波信 号周期为54.32µs,高电平占4.4µ.s'低电平占9.9µ.s。
四、结束语
本文针对现有机载激光雷达测距系统存在精度高、测量范 围大及速度响应快的特点。实验及装机结果表明,该系统在飞 机悬停时实时稳定的测址飞机对地距离,系统设计简单,操作方便,可视性强,响应速度高,运行稳定可靠。
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