我們研制開發了基于光纖的激光測距校正系統。在該校正系統中，利用光纖模擬室外基線，使用全站儀對光纖光程進行測量，其測量結果和光纖實際光程進行比較，從而達到檢定和校正的目的。

　　為了得到被測光纖基線的實際光程，需要對光纖的光程長度進行精確測量。現有的光纖長度測量方法有光時域反射(OTDR)、光頻域反射(OFDR)、干涉法、脈沖法，相位法等。其中相位法測量范圍較大、精度高，能夠很好地滿足光纖基線的測量要求。因而，我們利用FPGA、直接數字合成(DDS)、數字鑒相等技術，設計和實現了基于相位法的電路測量系統，用于光纖光程的測量。該測量系統具有比全站儀更高的測量精度，從而對光纖基線的實際光程進行標定，以其標定長度與全站儀測量結果進行比較，完成全站儀的校正。

　　1 相位法測量的基本原理

　　相位法激光測量技術利用光調制信號在發射端和接收端之間的相位差來實現對被測目標距離量或長度量的測量。

　　利用相位法測量光纖光程如圖1所示，一段光程為的光纖，其輸入輸出端分別為A、B，在A端輸入經調制的光信號，在光纖中傳輸后在B點輸出。設調制信號在A的相位為φ0，在B點的相位為φ1，那么通過檢測兩端之間的相位差φ=φ1-φ0，可得到L值。

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　　設光調制信號的頻率為f，光速為v，則信號波長λ=v/f，那么

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　　調制信號可認為是相位法測量的度量標尺，稱之為“測尺”。測尺頻率越大，測量精度越高。由于測尺信號的周期重復性，使用一把測尺不能實現長度的準確測量。因而使用一組(兩個或以上)測尺一起對三進行測量，可同時保證測量的精度和范圍，得到準確測量值。

　　2 相位法測量的電路實現

　　2.1 電路實現方案

　　利用相位法對光纖光程進行測量的電路框圖如圖2所示。

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　　在該系統中，上位機PC接收用戶的測量指令，通過USB接口發送到下位系統的FPGA中，FPGA對指令進行解析，控制頻率信號產生電路產生主振信號和本振信號。

　　主振信號通過調制器對光源發出的光進行調制，調制光在被測光纖中傳輸后由光電轉換器得到測量信號。原主振信號作為參考信號與測量信號分別和本振信號進行混頻，然后經信號整形后送入FPGA進行鑒相得到兩者相位差，該相位差包含了被測光纖的長度信息。FPGA通過相位差計算得到光纖光程，然后通過USB接口發送到上位機PC，顯示給用戶。實際測量中，按照以上流程，依次產生兩組不同頻率的測量信號，實現對光纖光程的準確測量。

　　2.2 系統關鍵技術的實現

　　2.2.1 FPGA單元的實現

　　FPGA單元使用Altcra DE2開發板實現，構建SOPC系統，調用開發板中USB組件實現與上位機的數據交互，利用NIOS II處理器進行信息處理、指令解析和測量計算。

　　同時使用Verilog HDL語言編寫頻率信號控制模塊和鑒相模塊。前者用于對頻率信號產生電路進行控制，后者對測量后的信號進行相位差檢測。其實現框圖如圖3所示。

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