北理工激光测距实验1实验报告材料,含代码

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1、文档激光脉冲测距实验报告——第七组一、实验目的通过学习激光脉冲测距的工作原理；了解激光脉冲测距系统的组成；搭建室内模拟激光脉冲测距系统进行正确测距，为今后的工程设计奠定理论基础和工程实践基础。二、实验原理激光脉冲测距与雷达测距在原理上是完全相同的，如图2.1所示。在测距点激光发射机向被测目标发射激光脉冲，光脉冲穿过大气到达目标，其中一小部分激光经目标反射后返回测距点，并被测距机上的探测系统接收。测出从激光发射时刻到反射光被接收时刻之间的时间间隔t文档，根据已知光速，即可求出被测目标的距离R为式中c为光速。真空中的光速是一个精确的物理

2、常数c0=2.99792458X108m/s海平面或近地面的平均大气折射率n为n=1.000275266故近地面大气中的光速c为c=2.9971×108m/s可见，激光测距机的任务就是准确地测定时间间隔t。当不考虑大气中光速的微小变化时，测距精度ΔR主要是由测时精度Δt确定的实际脉冲激光测距机中是利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来测定时间间隔t的。时钟晶体振荡器用于产生固定频率的电脉冲振荡，脉冲计数器的作用是对晶振产生的电脉冲个数进行计数。设晶体振荡器产生的电脉冲频率为f，则脉冲间隔fT1=。若从激光脉冲发出时刻脉冲计数器开始计数，到

3、反射光被接收时刻停止计数，设这段时间内脉冲计数器共计得脉冲个数为m，则可计算出被测目标的距离为文档相应的测距精度为可见，脉冲激光测距机的测距精度由晶振的频率决定。常用军用激光测距仪的晶振频率有15MHz、30MHz、75MHz和150MHz等，与其相对应的测距精度分别为±l0m、±5m、±2m和±lm。晶振的频率愈高，测距精度就愈高，但随之而来的，不仅是计数器的技术难度增加，而且要求激光脉冲的宽度愈窄，激光器的难度也增加。对脉冲测距系统，计数器的“开门”信号是由取出—小部分发射激光脉冲经光电探测器转换成电信号形成的，计数器的“关门”

4、信号则是由目标激光回波到达测距机经光电探测器转换成电信号形成的。这两个信号既可由同一探测器提供，也可用两个探测器提供。脉冲激光测距机由激光器、发射光学系统、接收及瞄准光学系统、取样及回波探测放大系统、计数及显示器和电源几部分组成，如图所示系统操作人员一旦下达发射激光的命令，激光器发射一束窄激光脉冲，经发射光学系统扩束后射向目标，其中一小部分经取样后启动计数器开始计数。被目标反射回来的激光回波经测距机的接收和瞄准光学系统，聚焦到前面有窄带滤光片的光探测器上。由探测器将其转变为电信号，再经过取样及回波探测放大系统处理后产生“关门”信号用

5、于关闭计数器。由计数器计得的脉冲个数计算出目标距离，再通过显示器显示出来。文档实验装置包括“激光脉冲发射/接收电路板”和“单片机实验板”。激光脉冲发射/接收电路板原理框图如图2.3所示。图中EPM3032为CPLD；MAX3656为激光驱动器；MAX3747为限幅放大器；T22为单端信号到差分信号转换芯片；T23为差分信号到单端信号转换芯片；LD为半导体激光器；PD为光电探测器。板子上端的EPM3032被编程为脉冲发生器，输出重复频率为1KHz，脉冲宽度为48ns的电脉冲信号。此信号经MAX3656放大后驱动LD发光。板子下端的EP

6、M3032被编程为计数器，对125MHz晶振进行计数。其计数的开门信号来自上端的TX信号，关门信号来自PD的输出。计数器的计数结果采用12位二进制数据输出，对应的时间范围为0～32.76μs。发射/接收模块实物如图2.4所示，TX、RX1、RX2为三个Q9插座。其中，LD的驱动信号由TX口输出；PD接收到的信号由RX输出。该模块通过一个单独的5V电源进行供电。文档插座J9为计数结果输出管脚，包括12位数据管脚和1位计数指示管脚：
★数据管脚的高八位（从第12到5位）分别对应J9的1，3，5，7，9，11，13，15；数据管脚的低四位

7、（从第4到1位）分别对应J9的16，14，12，10。高电平为1，低电平为0；★计数指示管脚为J9的第6位。计数指示为1表示正在计数，0表示计数结束。本实验的内容是搭建并调试一套室内模拟激光脉冲测距系统，实验系统组成框图见图2.5。实验系统主要由激光脉冲发射/接收电路板（其上包括脉冲半导体驱动器、脉冲半导体激光器、光电探测接收系统、计数器）和单片机实验板（其上包括单片机及显示模块）组成。其中，脉冲半导体激光驱动器产生重复频率为1KHz，脉冲宽度为24ns文档的电脉冲信号驱动半导体激光器工作，同时此脉冲信号作为计数器的开门信号启动计数

8、器开始对高速晶振输出的脉冲个数计数。半导体激光器输出光脉冲耦合到光纤中，经过一定长度的光纤传输后再被光电探测器接收转换成电信号，经过放大后作为计数器的关门信号，使计数器停止计数。此时计数器计到的脉冲个数再乘以晶振的周期即为光脉冲在光纤