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1、2004年9月火控雷达技术第33卷 文章编号:1008-8652(2004)03-005-004X时间比例放大法在脉冲激光测距中的应用韩绍坤 赵跃进 刘巽亮 张化朋(北京理工大学 北京 100081) 【摘要】 脉冲激光测距机体积小巧、测距时不需要辅助目标,因此便于携带且操作简单。但由于受到计时器计时精度的限制,脉冲激光测距的精度相对较低。而高精度脉冲激光测距系统往往难以达到低成本和便携的要求。为此,介绍一种时间比例放大法用来提高脉冲激光测距精度,这样就可以以低成本开发具有较高测距精度的便携式激光测距系统。关键词:比例放大;激光脉冲测
2、距;电容器+中图分类号:TN249;TN953.2;TN958.98文献标识码:ATimeScaleAmplifyingMethodUsedinPulseLaserRangingHanShaokunZhaoYuejinLiuXunliangZhangHuapeng(BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)Abstract:Thepulselaserrangerisofsmallvolume.Duringtheranging,theaxiallytargetisnotneeded.Soitis
3、portableandtheoperationissimple.But,becausethelimitationoftheaccuracyofthetimecounter,theaccuracyofthelaserrangingisrelativelylowandthelaserrangingsystemwithhighaccuracycan'treachtherequirementsofbeingportableandlowcost.So,thepaperpresentsthetimescaleamplifyingmethodtoen
4、hancetheaccuracyofthepulselaserranging.Inthisway,aportablelaserrangingsystemwithhighaccuracyandlowcostcanbedeveloped.Keywords:scaleamplifying;laserpulseranging;capacitor1 前言 激光测距仪已经长时间应用于测量远距离目标,虽然脉冲激光测距仪会有测距精度不高和最大测程较短等缺点,但它具有结构简单、不需要辅助目标等优点,仍是一种简单易行的测距手段。因此,为了使激光测距系统达
5、到体积小巧且使用方便的要求,应选择脉冲测距方式。2 问题的提出 脉冲激光测距机是采用测量激光脉冲往返于测距机和目标间的时间计算出被测距离的。公式如下:111d=ct=cn(1)22f其中,d是被测距离;c是光速;t是激光脉冲在测距机和目标之间往返一次所用的时间;n是单片机计数器在时间t内所计时钟脉冲个数;f是计数器的计数频率。在测距精度要求不高的情况下(±5m或±10m),可以直接用单片机的内部时钟计时。但是,如果精度要X收稿日期:2004-04-1952004年9月火控雷达技术第33卷 求为±1m,由(1)式得:111$d=c$t=
6、c$n(2)22f假设计数误差$n=±1,计算得计数器的计数频率f至少为150MHz,单片机达不到如此高的工作频率。要得到这种高频且稳定的时钟源和计数器,实现起来比较困难,而且制作成本也相对较高。3 时间比例放大法3.1 时间比例放大基本原理时间比例放大技术,是把激光脉冲往返于被测距离间的时间t按一定比例放大,即:11T11d=ct=c=cn(3)22M2Mf其中M是时间t的放大倍数,T=Mt。111则:$d=c$t=c$n(4)22Mf150当计数误差$n=±1、测距精度时$d=±1时,f减小为MHz;如果放大倍率M=1000,则f=
7、150kHz,M这个频率单片机定时器是可以达到的。如图1所示,利用电容器C作为储能元件,在时间t内K1闭合,K2断开,电容器C被充电,充电时间越长,电容器C上的电压越高;当接收到激光回波脉冲时,K1断开,K2闭合,电容器C放电,放电时间就是单片机定时器所计时间T。图2示出了t1、t2、t3三种不同时间的充放电波形。对应于充电时间的不同,其恢复到初始状态的放电时间分别为T1、T2、T3。所以,分别用T1、T2、T3来度量t1、t2、t3,可以将一个快速、短时间的测量转换为较长时间的测量,在技术上容易实现,且精度较高。图1 电容充放电原理图
8、图2 电容充放电波形示意图3.2 充放电线性问题为使对应不同的充电时间均以相同的比例M被放大,则电容器要保持线性或近似线性充放电。然而,RC电路的充放电规律为指数变化,只有在满足一定条件下才能近似按线性处理
