激光测距技术_赵娜.pdf

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1、科技信息高校理科研究激光测距技术长治市高级技工学校电气控制应用系赵娜1.绪论其中T0时时钟周期，N0时计时脉冲的个数。因为接受脉冲与时钟1.1概述是异步的，所以测量有一个时钟周期的误差，因此目标距离可表为激光测距是激光在军事上应用最早和最成熟的技术。自1960年第1cR=c(N0T0±T0)=(N0±1)（1.3）一台激光器———红宝石激光器发明以来，便有人开始进行激光测距技22f0术的研究。和微波测距等其它方法相比，激光测距具有更好的方向性和其中f0是时钟频率。由此可知一般脉冲测距方法的距离分辨率更高的测距精度

2、，测程远，抗干扰能力强，隐蔽性好，因而得到广泛的应R=±c/2f0（1.4）用。激光测距的研究还对雷达技术的发展起了很大的促进作用，因而在当然这里假定激光脉冲足够窄，使得确定t1,t2的误差小到可以忽国民经济和国防建设中具有重要意义。略。（1.4）式表明时钟频率越高，距离分辨率越好。譬如分辨率为1cm，要由于激光方向好，亮度高，波长单一，故测长远，测量精度高。激光求时钟频率为f0=15GHz,这也是不容易办到的。测距是激光技术应用最早也是最成熟的一个领域。为了在较低的时钟频率下获得高精度的距离测量，人们提出了一激

3、光测距在诸如军事、航空和工业等领域有着广泛的应用。随着激些解决办法。内插时间扩展法就是其中的一种，原理见图4所示。发射光测距的广泛应用和不断发展，测距系统的种类也越来越多。按测距原脉冲触发电子门后，放过一个时钟脉冲再开始计数，当返回脉冲触发电理区分，大体有三类：脉冲测距法、相位测距法和干涉测距法。激光测距子门后，遇到第二个脉冲时停止计数。由图4可看出光脉冲的渡越时间从技术角度可以分为三类:脉冲激光测距、调幅连续波激光测距和调频为：连续波激光测距。三者当中，脉冲激光测距具有最高的峰值发射功率,从而具有最远的测程和可

4、以在无合作目标条件下工作等优点。1.2激光测距原理脉冲激光测距原理脉冲测距的原理是对准目标发射激光脉冲，激光遇到目标后反射，由于光的传播速度为常数，只要测出激光脉冲从发射至收到回波的渡越时间，即可算出目标距离。由于激光输出可产生极窄的脉冲因此测距可达很高的精度。另外，窄激光脉冲的能量在实践上高度集中，可达图4内插时间扩展测距1010W以上的瞬时功率，可用于漫反射的非合作目标测距。由图1可以看出，若测出脉冲往返时间T,则目标距离为1R=cT（1.1）2其中c为光速。图1激光测距原理为了准确的测量渡越时间T，必须精确

5、地确定发射和接收时刻t1,t2。这时通过发射和接收脉冲触发电子门来实现。由于电子门存在固有图5内插时间放大法模糊区，所以激光脉冲越陡峭，确定t1,t2的精度就越高。由于激光可以T=N0T0+T1-T2(1.5)比较容易的产生纳秒级甚至皮秒级脉冲，因此激光测距比无线电测距其中N0T0是严格准确地，关键是要测出T1,T2。由于T1,T2均涉及到具有更高的精度。不足一个时钟周期的时间间隔，不能直接利用时钟脉冲精确测定。为此，先将T1或T2进行“放大”，即通过一个RC电路进行充放电。譬如在T1时间内对电容充电，然后经过一

6、较大的电阻使之缓慢放电。当电路设计得当，可使放电时间远大于充电时间，并保证放电时间正比与充电时间。设放电时间为Kt1，则测距精度就可扩大k倍。前面说到在发，收买冲触发电子门后都放过一个脉冲，这是因为触发时刻有可能与第一个时钟信号间隔太短，无法充电的缘故。为了保证测量精度，时间扩展电路的线性要好，必须使用漏电低，图2是激光测距机的原理框图温度稳定性好的电容和电阻。另外内插时间T1,T2的产生必须要准确，其中光电系统包括光转换、放大整形电路、计数部分包括电子门、应当使用高速ECL电路做触发门，使内插时间的起始和终止很

7、陡。时钟发生器。对于大多数测距设备，收发均使用统一光学系统准直和聚2.脉冲激光测距技术焦。系统各部分的波形时序如图3所示。2.1脉冲激光测距系统的基本组成方框图设所测系统的脉冲渡越时间为：脉冲激光测距系统得基本组成方框图如图6所示。脉冲激光测距T=N0+T0（1.2）系统仅由三个基本部分组成：即激光发射装置，接收装置和信息处理装置。激光发射装置的任务是发射峰值功率高，光束发散角小的激光脉冲，使其经发射光学系统进一步准直后，射向目标。接收装置是接收从被测目标反射回来的微弱脉冲信号，经接收光学系统聚焦或缩小光束截面后

8、，照在光电探测器的光敏面上，使光信号变成电信号并经放大器放大，推动信息处理装置里的技术显示部分工作。至于信息处理装置，其主要作用是测量激光脉冲从测距仅到被测目标往返一次的时间t,并显示出准确的距离。整个测距系统的工作原理描述如下：首先由激光器发射一个激光图3波形时序图脉冲，经发射光学系统准直后射向目标。同时，（下转第120页）—119—科技信息高校理科研究浅谈三维空间教学