基于全路径大气折射率补偿的多波长测距原理与实验研究

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随着高端制造业以及航空航天工业的迅速发展,工业生产中对高精度大尺寸绝对距离测量技术的需求与日俱增,如重型机械部件的装配、大型精密机床的准直、飞机型架安装位置的测量以及卫星编队飞行时的定位等,其测量范围从几十米到上百米。由于这些应用所要求的测量精度较高,测量条件较差且测量环境复杂,所以传统的激光测量方法难以胜任。相比于传统的干涉测量技术,多波长干涉绝对测距具有无导轨、不需对干涉条纹累加计数的优势,可使干涉测量法更方便地应用于工业测量中,进一步扩展了激光干涉测距系统的应用范围,具有较高的研究价值和应用潜力。本文以多波长干涉绝对测距技术为研究对象,针对大尺寸绝对距离测量中全路径折射率补偿、高精度相位测量等关键技术展开研究,主要内容如下。  1)通过研究多波长绝对距离干涉测量的基本理论,在传统小数重合法的基础之上,结合大气相对色散系数A提出了一种补偿全路径大气折射率的多波长干涉绝对测距原理,并对其解算方法进行了详细阐述与分析。  2)研究了外差探测基本理论与常用方法,并根据数值仿真结果,设计并搭建了实验光路系统。该干涉测量系统采用马赫-曾德干涉结构,通过外差测相的方式检测各个波长干涉级小数部分。  3)设计了基于FPGA的FFT数字测相系统,并根据数值仿真对相位测量精度的要求,讨论分析了影响测相精度的各种因素。以AD和FPGA为核心器件设计制作了数字测相硬件电路,并在XilinxISE13.1平台上采用Verilog语言编写了数字测相系统的软件部分。通过仿真测试,基本实现了数字测相功能。
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