高動態範圍雷射測距系統之研製

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黃振溢(Chen-Yi Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

高動態範圍雷射測距系統之研製
(Research of high dynamic range laser range finder)

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摘要(中)

雷射測距在技術上分為干涉式、三角式及飛時式，而飛時式又可區分為脈衝式和連續波相位位移式。其中相位位移式屬於中尺度的測距範圍，適合應用在生活休閒、工業製造與一般的科學研究上。
理論上，系統的測距範圍和解析度均與調制頻率成反比，因此使用單一頻率的調制訊號測距時，系統的動態範圍由相位解析度決定，但增加相位解析度並不容易。本論文首先對雙頻測距方式進行研究，將低頻訊號產生的大測距範圍與高頻產生的高距離解析度結合，可大幅提升動態範圍，該系統利用鎖相迴路產生穩定的本地頻率訊號與高頻訊號混波，並搭配次取樣技術與數位同步偵測法獲得距離，然而兩訊號的頻率均固定不變。其次，我們提出多頻式測距架構，僅以一個鎖相迴路產生各種不同的調制頻率，系統所使用的元件減少，成本也降低，並且動態範圍亦可提升，使用者可依需求自行調整。最後提出變頻式測距系統的概念，使調制頻率的選擇性更多。
現今市面上的測距裝置，動態範圍約104，本研究的目標則是利用雙頻或更多頻率達到106以上的動態範圍。

關鍵字(中)

★ 多頻式雷射測距
★ 變頻式雷射測距
★ 次取樣技術
★ 鎖相迴路

關鍵字(英)

論文目次

摘要...........................................I
致謝..........................................II
目錄 ........................................III
圖目錄........................................VI
表目錄........................................IX
第1章緒論.....................................1
1.1 雷射測距簡介...............................1
1.2 干涉式測距法...............................2
1.3 三角測距法.................................5
1.4 飛時式測距法...............................7
1.4.1 脈衝式...................................7
1.4.2 連續波相位位移式.........................9
1.5 雷射測距之技術分析........................12
第2章雙頻連續波相位位移式雷射測距系統........14
2.1 理論分析..................................14
2.1.1 雙頻測距系統架構........................14
2.1.2 次取樣技術..............................16
2.1.3 鎖相迴路理論............................19
2.1.4 相位偵測理論............................21
2.1.5 雙尺度運算理論..........................27
2.1.6 調製訊號頻率偏移與擾動之分析............28
2.2 理論驗證與結果............................34
2.2.1 實驗架構................................34
2.2.2 實驗結果與分析..........................36
2.3 測距系統..................................39
2.3.1 系統架構................................39
2.3.2 系統測試................................47
2.4 雙頻連續波相位位移式雷射測距系統之評價....51
第3章多頻連續波相位位移式雷射測距系統........52
3.1 理論分析..................................52
3.2 理論驗證與結果............................55
3.2.1 實驗架構................................55
3.2.2 實驗結果與分析..........................57
3.3 測距系統..................................60
3.3.1 系統架構................................60
3.3.2 系統測試................................63
3.4 多頻連續波相位位移式雷射測距系統之評價....68
第4章變頻連續波相位位移式雷射測距系統........69
4.1 理論分析..................................69
4.2 理論驗證與結果............................90
4.2.1 實驗架構................................90
4.2.2 實驗結果與分析..........................91
4.3 概念設計..................................93
第5章結論....................................94
第6章未來展望................................96
參考文獻......................................97
個人事蹟.....................................101

參考文獻

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指導教授

歐陽盟(Mang Ou-Yang)

審核日期

2005-7-13

推文