激光跟踪导航系统

《激光跟踪导航系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、目录第一章概述1.1绪论1.2设计的思路第二章系统的设计2.1全站仪2.1.1激光测距部分2.1.2激光测角部分2.1.3AT89S51控制芯片总结致谢参考文献第一章1.1绪论现代工业中，对于宏观大尺寸的测量有多种测量仪器和测量方法可以实现，但测量原理和测量精度各不相同，差别很大。传统的大型精密仪器三坐标测量机不适合现场測量，测量范围有限。双经纬仪测量系统具有现场测量能力"力，但其测量前标定所用的高精度标准棒易变形，且制作、标定和携带棘手，无法保证目前测量精度较高的是采用激光趿踪千涉动态测量的方法13】，这种方法最初是在机器人计量学领域发展起来的，是计量

2、测试领域的一个新的发展方向，是激光技术在测试领域的最新应用。利用这种测量方法建立起来的激光跟踪测量系统很好地满足了大范围、髙精度、无导轨柔性测量、现场测量、动态实时跟踪测量等新要求【4】，5成为许多领域不可替代的测量工具，具有非常广阔的应用前录。1.2设计的思路本系统的设计思路是采用AT89S51单片机为核心，来设计一种低成本、高精度的激光跟踪导航系统。第二章系统的设计激光跟踪测量系统的工作原理15】是在被测量点处设立一个目标镜，激光干涉仪发出的测量光束经过一系列光路从目标镜中心入射，然后被目标镜反射并按原光路返回。当目标镜随被测点移动时，跟踪控制系统自

3、动地调整测量光束的方向,使其始终对准目标镜，同时，返回的测量光束与参考光束干涉，得出目标镜到跟踪转镜的长度变化量。根据目标镜到跟踪转镜的长度变化量，或与激光跟踪头给出的测量光束两个方向角度的变化量相综合，就可计算出目标镜的位置坐标，即被测点的位置坐标，这种测量方法是在成熟的激光干涉技术基础上，综合近二、三十年来飞速发展的计算机技术、电子技术、精密机械技术和现代伺服控制技术，实现了对三维空间目标点的动态实时跟踪测量。按照获得目标镜位置信息的方法分类，激光跟踪测量系统原理可分为三角法、多边法和球坐标法。激光跟踪导航系统由全站仪、工业电脑、黄盒子、中央控制箱、

4、ELS靶、远程操作调制调节器等几大部分。2.1全站仪即全站型电子速测仪（ElectronicTotalStation）。是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。测角部分补偿部分测距部分CPUI/O显示屏键盘接口电源全站仪组成框图2.1.1激光测距部分系统结构原理如下图2.1所示:图1.1系统工作原理描述如下:微处理器控制脉冲发生电路产生上升沿约为5ns，

5、脉宽约为IOOnS的电流脉冲，驱动LD激光器产生相应的激光脉冲，经分光镜和准直透镜后到达目标物，激光脉冲在物体表面漫反射后，由聚焦透镜聚焦，由接收与放大电路转化为电信号，又由时点判别电路产生“结束脉冲”，而“起始脉冲”以同样的道理由分光镜所分的发射激光得到，经过计时电路计时后，所得数据由微处理器经过计算后即可在液晶屏幕上显示出目标物距离测距装置[2]的距离。1.1激光脉冲发生电路以半导体激光器(LD)做为脉冲激光源的主要优点在于它的体积小、效率高，脉冲重复率高。八十年代以来，高功率红外光半导体激光器的发展与制造越来越完善，可以得到波长位于大气高穿透区的半

6、导体激光器，作为近距离激光测距系统的光源。输出波长为905nm的砷化锢稼(工nGaAs)半导体激光器是一种常用的高功率半导体激光器，其波长恰好位于大气的红外光第一穿透区边缘.有很高的穿透率。图1.2激光脉冲发生原理图1.2脉冲激光接收电路经过分析知雪崩光电二极管ADP是脉冲激光测距系统激光接收器件的最佳选择。它具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、抗强磁场干扰和动态范围大等优点，特别是其响应时间短，由于内倍增效应，它对微弱信号也有相当高的灵敏度，所以既能保证激光测距系统的测距精度，又能扩大测距范围。APD工作时需要较高的反向偏压故设计如下图的电路高压发生

7、电路的主要元件有：开关三极管P7、储能电感Ll、隔离二极管D2、D3，以及输出滤波电容CS和用于产生方波的集成电路Ul。下面是高压发生电路的原理图：图1.3高压发生电路原理图电路的基本工作原理是当三极管P7导通时，能量从电源流入，并储存于电感L1中，由于三极管导通期间正向饱和压降很小，因此这时二极管D2反偏，负载由滤波电容CS供给能量，将电容中储存的能量()释放给负载。当三极管截止时，电感中的电流不能突变，它上面产生的感应电势阻止电流的减小，感应电势的极性为上负下正，二极管D2导通，电感中储存的能量()流入电容(充电)，并供给负载。NE555集成电路的作

8、用是产生一定频率的方波信号，使三极管周期性的导通、截止，从而在输出端得到较高的输