Імітаційне моделювання та оцінка точності оптико-електронної системи вимірювання відстані фазового типу

Abstract

У роботі проведено математичне та імітаційне моделювання вимірювального тракту фазового лазерного далекоміра в середовищі MATLAB. Розглянуто структурну схему системи на базі генератора Si5351A та мікроконтролера STM32F030C8T6 з інтегрованим лавинним фотодіодом. Обґрунтовано використання першої гармоніки для фазового аналізу та застосування гетеродинного перетворення для перенесення високочастотного сигналу в область низьких частот. Проаналізовано вплив частоти модуляції, відношення сигнал/шум та відбивної здатності поверхонь на точність вимірювання. Верифіковано двочастотний метод усунення неоднозначності, що забезпечує стійку роботу в діапазоні до 60 м. Сформовано інтегральний бюджет похибок, згідно з яким сумарне середньоквадратичне відхилення системи становить 0,95 мм.

This paper presents the mathematical and simulation modeling of the measurement channel of a phase-shift laser rangefinder using MATLAB. The structural design of the system based on the Si5351A clock generator, STM32F030C8T6 microcontroller, and an integrated avalanche photodiode is considered. The application of the first harmonic for phase analysis and the use of heterodyne conversion for shifting the high-frequency signal to the low-frequency domain are theoretically justified. The impact of modulation frequency, signal-to-noise ratio (SNR), and surface reflectance on measurement accuracy is analyzed. A two-frequency ambiguity resolution method is verified, ensuring stable operation within a range of up to 60 m. An integrated error budget is formulated, showing that the total root-mean-square (RMS) error of the system is 0.95 mm.