一种基于多延迟链的方波信号的相位检测方法及系统

本技术涉及激光测距，尤其涉及一种基于多延迟链的方波信号的相位检测方法及系统。

背景技术：

1、随着对实际应用要求的提高，激光测距系统表现出了多通道发展的趋势，但目前的激光测距系统仍然存在通道数量少的劣势，难以完成对多通道的同时测量。

2、由于fpga技术的高速发展和其性价比不断提高，使得fpga-tdc电路设计拥有了较高的测量分辨率，并且具有制造成本低，产品设计周期短等优势。基于fpdg设计的tdc技术成为近些年的研究热点。如何减小延迟链随温度、电压变化误差；如何在保证测量精度的同时，增加测量距离成为亟待解决的关键问题之一。

3、目前激光测距领域主要包括脉冲激光测距和相位激光测距。脉冲激光测距的测量速度快，但测量精度不高；而相位激光测距虽然测量精度较高，但相较于脉冲激光测距来说，测量速度较慢。

4、因此，有必要提出一种方案以改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

5、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本技术实施例第一方面提供一种基于多延迟链的方波信号的相位检测方法，该方法包括以下步骤：

2、信号源提供的信号经锁相环后，产生系统时钟和多种方波信号，多种所述方波信号至少包括第一方波信号，第二方波信号和第三方波信号；

3、建立信号延迟链系统，所述信号延迟链系统至少包括基准延迟链和测量延迟链；

4、将所述第二方波信号输入至所述基准延迟链，进行第一采样处理，得到基准信号；其中，所述基准信号包括正弦载波信号和余弦载波信号；

5、将所述第一方波信号和所述第三方波信号进行信号拼接处理和信号转换处理后，输入至所述测量延迟链，进行第二采样处理，得到测量信号；

6、对所述基准信号和所述测量信号分别进行存储、拼接和相位解调处理，得到基准信号相位和测量信号相位；

7、根据所述基准信号相位和所述测量信号相位，拟合出相位分布函数，得到最终相位差，并计算出测量距离。

8、本技术的一示例性实施例中，所述第一方波信号的频率小于所述第二方波信号的频率，所述第二方波信号的频率小于所述第三方波信号的频率，所述第二方波信号为基准方波信号。

9、本技术的一示例性实施例中，所述将所述第二方波信号输入至所述基准延迟链进行第一采样处理，得到基准信号的步骤包括：

10、所述基准延迟链和所述测量延迟链均包括多级延迟单元，每级所述延迟单元均连接一路基本双d触发器；

11、利用所述系统时钟驱动所述基本双d触发器，对所述第二方波信号进行所述第一采样处理，得到正弦载波信号，将所述正弦载波信号相移90°后，得到余弦载波信号。

12、本技术的一示例性实施例中，信号源提供的信号经锁相环后，还产生了备选时钟；

13、每级所述延迟单元还连接另一路备选双d触发器；

14、利用所述系统时钟驱动所述基本双d触发器，对所述第二方波信号进行所述第一采样处理，得到所述正弦载波信号；

15、并利用所述备选时钟对驱动所述备选双d触发器，对所述第二方波信号进行所述第一采样处理，得到所述余弦载波信号；

16、其中，所述第二方波信号的频率、所述系统时钟的频率和所述备选时钟的频率均相同。

17、本技术的一示例性实施例中，将所述第二方波信号分别作为第一级所述基本双d触发器和第一级所述备选双d触发器的输入，并将每级所述基本双d触发器的输出作为下一级所述基本双d触发器的输入，将每级所述备选双d触发器的输出作为下一级所述备选双d触发器的输入，直至输出所述余弦载波信号和所述正弦载波信号。

18、本技术的一示例性实施例中，所述将所述第一方波信号和所述第三方波信号进行信号拼接处理和信号转换处理后，输入至所述测量延迟链进行第二采样处理，得到测量信号的步骤包括：

19、将所述第一方波信号和所述第三方波信号均输入至第一信号拼接器中；

20、在所述第一信号拼接器中添加空信号，并将所述第一方波信号、所述第三方波信号和所述空信号进行所述拼接处理，得到拼接电信号；

21、将所述拼接电信号输入至激光收发器中，进行所述信号转换处理，得到拼接光信号；

22、将所述拼接光信号输入至所述测量延迟链中，进行所述第二采样处理，得到所述测量信号；

23、其中，所述测量延迟链中的每级所述延迟单元均只连接一路所述基本双d触发器，并由所述系统时钟驱动。

24、本技术的一示例性实施例中，所述信号延迟链系统还包括参考延迟链；

25、得到所述拼接电信号后，将一路所述拼接电信号直接输入至所述参考延迟链中，进行所述第二采样处理，得到参考信号；

26、并将另一路所述拼接电信号转换成所述拼接光信号，再输入至所述测量延迟链中，进行所述第二采样处理，得到所述测量信号；

27、其中，所述基准延迟链、所述测量延迟链和所述参考延迟链的总延迟大于所述系统时钟的周期。

28、本技术的一示例性实施例中，对所述基准信号和所述测量信号分别进行存储、拼接和相位解调处理，得到基准信号相位和测量信号相位的步骤包括：

29、在所述信号延迟链系统不包含参考延迟链时，将所述基准信号和所述测量信号进行存储；

30、利用第二信号拼接器读取存储的所述基准信号和所述测量信号进行实时拼接，输出余弦基准信号、正弦基准信号和测量基准信号；

31、对所述余弦基准信号、所述正弦基准信号和所述测量基准信号进行所述相位解调处理，得到所述基准信号相位和所述测量信号相位；

32、在所述信号延迟链系统包含参考延迟链时，将所述基准信号、所述测量信号和所述参考信号进行存储；

33、利用所述第二信号拼接器读取存储的所述基准信号、所述测量信号和所述参考信号，并进行实时拼接，输出所述余弦基准信号、所述正弦基准信号、所述测量基准信号和参考基准信号；

34、对所述余弦基准信号、所述正弦基准信号、所述测量基准信号和所述参考基准信号进行所述相位解调处理，得到所述基准信号相位、所述测量信号相位和参考信号相位。

35、本技术实施例第二方面提供一种基于多延迟链的方波信号的相位检测系统，所述相位检测系统利用上述所述相位检测方法对所述方波信号进行相位检测，所述相位检测系统包括：

36、锁相环单元，所述锁相环单元的输入端用于接收信号源，所述锁相环单元的输出端用于至少产生系统时钟和多种方波信号；

37、信号拼接单元，所述信号拼接单元的输入端与所述锁相环单元的输出端连接，用于拼接和传输多种所述方波信号；

38、信号转换单元，所述信号转换单元的输入端与所述信号拼接单元连接，用于将部分所述方波信号进行光电信号转换；

39、信号延迟链单元，所述信号延迟链单元的输入端分别与所述信号拼接单元的输出端和所述信号转换单元的输出端连接，用于对接收到的多种所述方波信号进行采样处理；

40、数据处理单元，所述数据处理单元的输入端与所述信号延迟链单元的输出端连接，所述数据处理单元用于对接收到的采样数据进行存储、拼接和相位解调处理。

41、本技术的一示例性实施例中，多种所述方波信号至少包括第一方波信号、第二方波信号和第三方波信号；且所述第一方波信号的频率小于所述第二方波信号的频率，所述第二方波信号的频率小于所述第三方波信号的频率，所述第二方波信号为基准方波信号；

42、所述信号延迟链单元至少包括基准延迟链子单元和测量延迟链子单元；

43、所述数据处理单元包括数据存储子单元、数据拼接子单元和相位解调子单元。

44、本技术提出的一种基于多延迟链的方波信号的相位检测方法及系统，该方法通过将锁相环产生的多种方波信号输入至信号延迟链系统，并通过基准延迟链和测量延迟链分别进行采样处理，得到基准信号和测量信号，并对得到的基准信号和测量信号进行处理，得到基准信号相位和测量信号相位，根据基准信号相位和测量信号相位，拟合出相位分布函数，得到最终相位差，并计算出测量距离，从而实现了在保证对多频方波信号的测量分辨率和测量精度的同时，减少因温度、电压和制造工艺等因素导致的测量误差。