[发明专利]相位检测方法及相位检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及距离测量技术领域，具体涉及一种基于数字信号的相位检测方法和相位检测装置。

背景技术

通过检测发射波束和接收波束之间的相位差，除以2Π乘以波长就可以得到目标物的距离，相比通过测试脉冲的时间延迟，乘以波传播速度来得到目标物距离的方法，相位检测容易做到更高的精度，考虑到相位模糊的不利因素，相位测距法在，测程适中，室内环境下，精度更高，成本也相对较低。目前在激光雷达，超声雷达，微波雷达等领域都得到了广泛的使用。

以激光雷达为例，建筑行业室内测绘用到的手持式测距仪绝大部分都是用相位法实现的，测程一般在100米左右，精度很容易达到1mm，在高精度地图测绘等方面，也有很多是用相位法，为提高测程，配合使用了角反射镜，从而可以测量1km以上的测量距离，测距精度优于1cm。这个测量精度是脉冲法难以达到的。

现有技术中的测相技术大体可以分为模拟测相和数字测相两种方式。

模拟测相技术使用基于非线性电子器件的鉴相器进行相位检测，可以达到比较高的精度；数字测相技术则一般用ADC采集混频后的波形，通过傅立叶变换等算法来实现鉴相，受环境影响比较小，可以通过累加等算法实现更高的信噪比，从而提高精度和测程。高速的鉴相器，还有高速的ADC都比较贵，为降低成本，商用的产品一般都采用了差频测量技术，用一个和发射频率略有差别的频率，一路和本振差频，一路和接收到的信号差频，通过差频将相位信号转移到低频段进行测量。理论可以证明，高频的相位差可以通过差频技术转移到低频的相位差。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的相位检测方法成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于数字信号的相位检测方法和相位检测装置。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

一种相位检测方法，用于对待测目标进行距离测量，该方法包括如下步骤：

产生同步的发射编码信号和参考编码信号；

根据发射编码信号生成经过编码的发射信号，所述发射信号为光信号、超声波信号或微波信号；

将所述经过编码的发射信号导向所述待测目标，并且接收从所述待测目标反射的反射信号；

将所述反射信号进行信号处理形成反射编码信号；

将反射编码信号和参考编码信号进行逻辑运算得到相位延迟；以及

根据所述相位延迟确定待测目标的距离。

优选地，所述发射编码信号和所述参考编码信号均为步进码信号、BCD码信号、格雷码信号或循环码信号。

优选地，所述发射编码信号和所述参考编码信号具有频率差。

优选地，首先将反射信号转换为电信号，再将所得电信号转换为反射编码信号。

本发明还提供了一种相位检测装置，用于对待测目标进行距离测量，该装置包括：

信号发生电路，用于产生同步的发射编码信号和参考编码信号；

与信号发生电路连接的信号发射元件，根据发射编码信号生成经过编码的发射信号；

信号接收元件，用于接收所述经过编码的发射信号从所述待测目标反射的反射信号，并将所述反射信号进行信号处理形成反射编码信号；

与信号发生电路与信号接收元件均连接的逻辑运算电路，用于将反射编码信号和参考编码信号进行逻辑运算得到相位延迟；以及

主控电路，用于根据所述相位延迟确定待测目标的距离。

优选地，所述信号发生电路为DDS芯片、CPLD芯片或FPGA芯片。

优选地，所述信号发射元件为激光器、超声波发射器或微波发射器。

优选地，所述主控电路为CPLD芯片、FPGA芯片、DSP芯片、ASIC芯片或单片机。

优选地，信号接收元件包括：

接收单元，用于接收所述经过编码的发射信号从所述待测目标反射的反射信号；

转换单元，用于将反射信号转换为电信号；和

整形单元，用于将所得电信号转换为反射编码信号。

优选地，所述发射编码信号和所述参考编码信号具有频率差。

本发明的相位检测方法通过对发射信号进行编码的方式，编码基础为方波波形，实现全数字测相，有利于降低成本、减小电路体积和功耗，同时避免测相使用正弦波形时由于信号强度不同而比较阈值相同产生的附加相移。

附图说明

图1是本发明的相位检测装置的结构框图。

图2是本发明的实施例1的相位检测方法的编码波形图。