高重频激光瞄准系统精度测试方法研究
高精度测量设备的校准方法
高精度测量设备的校准方法在现代科学和工程领域，高精度测量设备发挥着不可代替的作用。
准确测量的结果不仅可以用于科学研究，还可以指导工程设计和制造过程。
而为了确保测量结果的准确性和可靠性，校准高精度测量设备成为一项必要的任务。
为了实现高精度测量设备的准确校准，首先需要了解测量设备的类型和特征。
常见的高精度测量设备包括光学测量仪器、电子测量仪器和机械测量仪器等。
不同类型的测量设备具有不同的校准方法和要求。
对于光学测量仪器，最常见的校准方法是使用标准光源进行校准。
标准光源具有稳定的辐射强度和波长特性，可以用来校准光学仪器的检测灵敏度和波长响应等参数。
通过将光学测量仪器与标准光源进行比较，可以确定其测量误差和偏差，并进行相应的校准调整，以确保测量结果的精确度。
对于电子测量仪器而言，校准方法则涉及到电压、电流和电阻等物理量的测量。
常用的校准方法包括使用标准电压源和标准电流源进行比较校准，以及使用标准电阻进行阻值校准。
通过与标准源进行比较，可以确定电子测量仪器的测量误差和偏差，并进行相应的校准调整。
而机械测量仪器的校准则更多涉及到机械结构和运动特性的校准。
常见的校准方法包括使用标准测量尺子或目测法进行长度校准，使用角度角度表或电子经纬仪进行角度校准，以及使用力标准器或质量标准器进行力或质量的校准等。
通过与标准器进行比较或相互校准，可以确定机械测量仪器的测量误差和偏差，并进行相应的校准调整。
除了以上介绍的常规校准方法外，还有一些特殊的校准方法用于高精度测量设备。
例如，对于特殊的光学测量仪器，可以使用干涉仪或衍射仪等特殊光学装置进行校准；对于特殊的电子测量仪器，可以使用量子标准等特殊电子元件进行校准；对于特殊的机械测量仪器，可以使用激光干涉仪或全站仪等特殊测量装置进行校准。
这些特殊校准方法通常需要专业设备和技术来实施，能够提供更高精度的校准结果。
总的来说，高精度测量设备的校准方法是多样的，需要根据不同的测量设备类型和特点选择合适的校准方法。
高功率激光装置打靶精度测试技术
高功 率激 光 装 置 打 靶精 度 测试 技 术
孙志红， 李 平， 赵润昌， 李志军， 刘 华， 夏彦文
（ 国 工 程 物 理 研 究 院 激 光 聚变 研 究 中心 ，四 川 绵 阳 ６ １ ０ ） 中 ２ ０ ９
摘 要 ： 多 路 激 光 打 靶 精 度 在 惯 性 约 束 聚 变 实 验 中 起 着 至 关 重 要 的 作 用 ， 出 了基 于 ｘ 光 针 孔 相 机 的 提 激 光 打 靶 精 度 测 试 方法 。根 据 显 微 镜 读 取 的靶 平 面 坐 标 系 的靶 孔 中 心 坐 标 及 打 多 孔 靶 后 ｘ 光 针 孔 相 机 所 记 录 的 靶 孑 中心 坐 标 ， 立 靶 平 面 坐 标 系 和 ｘ 光 针 孔 相 机 坐 标 系 之 间 的转 换 关 系 ； 过 打 焦 斑 靶 ， 立 焦 斑 模 Ｌ 建 通 建 板 ， 用 套模 板 的 方 法 ， 取 ｘ光 针孔 相 机 坐 标 系 中焦 斑 中心 坐 标 ； 采 读 由靶 平 面 坐 标 系 和 ｘ 光 针 孔 相 机 坐 标 系 之 间 的 转 换 关 系 ， 出靶 平 面 坐 标 系 中 焦斑 中 心 坐 标 ， 算 得 到 激 光 打 靶 精 度 ， 析 打 靶 精 度 测 试 结 果 的 不 确 定 求 计 分
Ｘ．ａ ｒｙ ｐｎ ｏｅ ｉ ｈ ｌ
下 入射 激光 在靶 上 的位 置 。入 射激 光 束 （ 倍 频 光 ） 别 瞄 准 三 分
平 面靶 上所 设定 的 弹着 点 （ 孔 ） 打靶 时 ， 射 激 光 与 靶 作 用 靶 ， 入 产 生 Ｘ光 ， Ｘ光针 孔相 机 记 录 Ｘ光 图 像 ， 图像 上有 焦 斑 和 由 该
第 ２ ３卷第 ８期
２１ ０ １年 ８月
高精度激光动态测试技术初探
图1 激光动态测试系统工作示意图
激光动态测量系统的工作原理是利用激光测距激光
定长周期运行起着至关重要的作用。
因此，GEHO高压煤浆泵在使用过程中必须做好设备维护工作，提高检修人员的检修技能，延长GEHO高压煤浆泵的使用寿命，进而保证气化炉的稳定运行。
参考文献：
图2 激光动态测试系统基本框图
系统关键技术
（1）对PIN光电二极管检测器的性能进行了分析，并根据其输出光的特点，选用适当的检测器，以改善检测电路的稳定性。
（2）为了改善系统信噪比和改变信号幅值造成的漂移误差，设计了信号放大处理电路和前端识别电路。
（3）采用高精密时延模组，减少因时延测量而产生的测量误差，改善测量准确度。
（4）为了确保激光器的输出功率和脉冲宽度的稳定，激光器的选型和驱动电路的设计。
信道测量精度的试验研究。
高精度高重频脉冲激光测距系统
第40卷第8期红外与激光工程2011年8月Vol.40No.8Infrared and Laser Engineering Aug.2011高精度高重频脉冲激光测距系统纪荣祎，赵长明，任学成(北京理工大学光电学院，北京100081)摘要：在三维激光扫描探测系统中，激光测距的测量重频和测量精度是影响整个系统性能的关键参数。
介绍了三维激光扫描探测系统的工作特点，设计了一种以Nios II嵌入式软处理器为核心的高重频、高精度脉冲激光测距系统。
通过分析影响测量重频和测距精度的因素，采用双阈值时刻鉴别方法进行计时起止时刻的鉴别，使用TDC-GP2高精度时间间隔测量芯片进行精密计时，设计了基于Nios II嵌入式软处理器的计时控制系统以提高测量重频。
实验结果表明：实现了测量重频为20000次/s、测距精度为3cm的激光测距。
与传统的单片机控制的计时系统相比,该系统不仅测量重频和测量精度高，且具有更好的可扩展性和灵活性。
关键词：脉冲激光测距；精密时间测量；三维激光扫描；Nios II中图分类号：TN247文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)08-1461-04High precision and high frequency pulse laser ranging systemJi Rongyi,Zhao Changming,Ren Xuecheng(School of Photoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China)Abstract:In three-dimensional(3D)laser scanning detection system,the measurement repetition rate and measurement precision of laser ranging are the key parameters affecting the performance of the whole system.The work characteristics of3D laser scanning detection system were introduced,and a high repetition rate and high measurement precision pulse laser ranging system based on the Nios II soft-core was designed.According to the analysis of the factors which affected the repetition rate and precision of range measure,the double-threshold time discriminator was adopted to produce timing mark for the start-stop time discrimination,and the TDC-GP2high-precision interval measuring chip was used to achieve high precision on time measure.In addition,the time measure control system based on the Nios II soft-core was designed to improve the measurement repetition rate.Experimental results show that the measurement repetition rate of20000/s and the ranging precision of±3cm are pared with the traditional MCU time measure control system,the designed system owns the advantages of high repetition rate and high measurement precision,furthermore,it is more expandable and flexible.Key words:pulse laser ranging;high precision time measure;3D laser scanning;Nios II收稿日期：2010-12-18；修订日期：2011-01-17基金项目：国防科技工业技术基础科研项目(J172009C001)作者简介：纪荣祎(1984-)，男，博士生，主要从事三维扫描激光探测系统的研究。
使用激光测距仪进行高精度测量的技巧
使用激光测距仪进行高精度测量的技巧激光测距仪是一种常用的测量工具，它通过发射激光束来测量目标距离，并具有高精度的特点。
在工程、建筑、地质勘察等领域中，激光测距仪被广泛应用于距离测量、制图和计算等工作中。
然而，要获得高精度的测量结果并不是一件容易的事情。
下面，我们将介绍一些使用激光测距仪进行高精度测量的技巧，以帮助读者更好地应用这一仪器。
首先，要选择合适的激光测距仪。
不同的激光测距仪有着不同的测量范围和精度。
在选择激光测距仪时，需要根据实际需求确定测量范围，并选择相应的型号。
一般来说，大范围的激光测距仪精度较低，而小范围的激光测距仪精度较高。
此外，还要考虑激光测距仪的功能和使用便捷性等因素。
其次，要掌握正确的测量方法。
使用激光测距仪进行高精度测量时，需要注意测量时的操作技巧。
首先，要保持激光测距仪的稳定，避免手部晃动对测量结果的影响。
其次，要注意避免测量时的环境干扰。
激光测距仪对强光和反光物体的干扰较大，因此在测量时，要选择合适的测量角度和工作环境，以减少误差的出现。
此外，要注意避免目标物体表面的污物和遮挡物对测量结果的干扰。
然后，要进行标定和校准。
在使用激光测距仪进行高精度测量前，需要进行标定和校准工作，以确保测量结果的准确性。
激光测距仪通常会提供标定和校准的功能，用户可以根据设备说明书进行相应的操作。
在标定和校准过程中，要严格按照要求进行，以获得更准确的测量结果。
此外，要注意数据处理的方法。
在激光测距仪进行测量后，通常会得到一系列距离数据。
为了获得高精度的测量结果，需要进行数据处理。
首先，要检查测量数据的准确性和可靠性。
如果发现异常数据或者不确定的数据，应予以排除或者重新测量。
其次，要进行数据分析和计算，以获得目标距离的最终测量结果。
在数据处理过程中，可以结合其他测量工具和方法进行验证，以提高精度和可靠性。
最后，要进行误差分析和改进。
激光测距仪的测量结果可能会受到多种因素的影响，如环境条件、人为操作等。
高频相位激光测距系统的高精度鉴相
第 31 卷第 15 期2023 年 8 月Vol.31 No.15Aug. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering高频相位激光测距系统的高精度鉴相孟语璇1，2，董登峰1，2*，周维虎1，2，纪荣祎1，2，朱志忠1，2（1.中国科学院微电子研究所，北京 100029；2.中国科学院大学，北京 101408）摘要：相位测距是一种非常重要的绝对测距手段，是大尺寸精密测量的重要保障。
提高激光调制频率并采用高性能器件实现高频采样分析是提升相位激光测距精度最有效的方式之一。
针对高性能器件的最大采样频率总是受限，难以满足高调制频率采样的难题，分析验证了欠采样方法用于相位测距的可行性，同时仿真分析了全相位傅里叶频谱分析法（all-phase Fast Fourier Transform，apFFT）提高鉴相精度的优势。
在此基础上，提出“欠采样+ apFFT”的方法，并构建了激光相位测距的鉴相系统。
当调制频率为201 MHz，欠采样频率为100 MHz时，系统鉴相精度高于±0.04°，对应的测距精度为±0.08 mm。
实验结果表明，基于“欠采样+apFFT”的相位测距方法具有高精度、抗干扰能力强等优势，在科学研究与工程应用中具有重要价值。
关键词：相位测距；欠采样；全相位频谱分析法；高精度；鉴相系统中图分类号：TN249；TH711 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233115.2193High-precision phase discrimination for high-frequency phaselaser ranging systemMENG Yuxuan1，2，DONG Dengfeng1，2*，ZHOU Weihu1，2，JI Rongyi1，2，ZHU Zhizhong1，2（1.Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029， China；2.University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 101408， China）* Corresponding author， E-mail： dongdengfeng@Abstract：Phase laser ranging is an important means of absolute ranging and an important guarantee for large-scale precision measurement. One of the most effective ways to improve the precision of phase laser ranging is to increase the laser modulation frequency and use high-performance devices to achieve high-fre⁃quency sampling analysis. However， the maximum sampling frequency of high-performance devices is lim⁃ited. To solve the problem that existing devices have difficulty in the sampling of high modulation frequen⁃cies， the feasibility of an undersampling method for phase ranging was analyzed and verified. The advan⁃tages of all-phase fast Fourier transform （apFFT） analysis was examined to improve the precision of phase laser detection. Based on this idea， the method of undersampling and apFFT was developed， and a phase detection system for laser phase ranging was constructed. When the modulation frequency is 201 MHz and the undersampling frequency is 100 MHz，the system phase discrimination accuracy is higher than 文章编号1004-924X（2023）15-2193-10收稿日期：2023-02-13；修订日期：2023-03-13.基金项目：国家重点研发计划资助项目（No.2020YFB1710500，No.2019YFB2006100）；国家高质量发展专项（No.TC220H05T）第 31 卷光学精密工程±0.04°， and the corresponding ranging accuracy is approximately ±0.08 mm. The experimental results show that the phase ranging method based on undersampling and apFFT has the comprehensive advantag⁃es of high accuracy and strong anti-interference ability， making it valuable for scientific research and engi⁃neering applications.Key words： phase ranging；under-sampling；all-phase fast fourier transform；high precision；phase dis⁃crimination system1 引言相位式激光测距技术具有响应快、量程大、抗干扰能力强、精度高等优点，被广泛应用于航空、航天、船舶和机器人等大型装备制造领域［1-6］。
使用激光扫描仪进行高精度测绘的步骤
使用激光扫描仪进行高精度测绘的步骤激光技术的应用正在不断拓展，其中之一就是在地理测量领域中的使用。
使用激光扫描仪进行高精度测绘已经成为现代测绘领域中一项重要的技术手段。
本文将探讨使用激光扫描仪进行高精度测绘的一般步骤。
1. 选取合适的设备和仪器在进行高精度测绘之前，首先需要选择一台高质量的激光扫描仪。
它应该具有高分辨率、高速度和高精度，以产生准确的测绘数据。
此外，还需要选择合适的三维定位系统和其他测量仪器，以辅助激光扫描仪的工作。
2. 准备测绘区域在开始测绘之前，需要对待测区域进行准备工作。
这包括清除障碍物、准确定位控制点和设置扫描站。
控制点是一些已知坐标的固定点，用于校正测绘数据。
扫描站是扫描仪放置和扫描的位置，通常需要选择一些代表性的站点。
这些准备工作对于获得准确的测绘数据至关重要。
3. 进行扫描当准备工作完成后，可以开始进行扫描。
将激光扫描仪设置在一个扫描站上，启动设备，并按照预定的扫描路径进行扫描。
激光扫描仪会发出激光束并记录返回的反射信号。
通过扫描仪自动旋转和移动，可以获得整个测绘区域的点云数据。
这个过程需要时间和耐心，因为扫描仪需要在不同的角度和位置进行多次扫描，以获取全方位的数据。
4. 处理扫描数据一旦扫描完成，就需要对获得的点云数据进行处理。
首先，需要对原始数据进行滤波和去噪，以消除不必要的噪声和干扰。
然后，在点云数据中提取出特征点和关键点，以便进行后续的数据处理和分析。
这些特征点可以是建筑物的角点、地形的起伏点等。
5. 地物提取与建模接下来，利用处理后的点云数据，可以进行地物提取与建模。
通过使用自动或手动的方法，可以将点云数据中的地物识别和分类。
然后，可以进一步对地物进行三维建模，以生成几何模型和纹理信息。
这些模型将提供详细的地物信息和形状，有助于后续的计算和分析。
6. 精度评估在完成地物提取和建模后，需要对测绘结果的精度进行评估。
这可以通过与现有的地理信息进行对比，或者使用控制点进行验证。
基于重采样技术的调频连续波激光绝对测距高精度及快速测量方法研究
整形作为发射光源 (测量臂), 回波信号再经准直镜 头接收, 经环形器后跟另一束激光通过耦合器合为 一束, 在光电探测器表面发生干涉. 干涉信号的频 率 f 可由图 2 简单推导得出. f =2· B · OPD n·B·z =4· , Tm · c Tm · c (1)
Tm ࣀ થ η Ղ f
णАጜ FC ܱᑿरԻូៈ ༏А٨ ᏹՌ٨ FC FC FC
率以及降低对激光器调谐带宽的要求, 且根据双光 路调频连续波测距系统的特性, 提出了简易快速的 测量数据处理方案, 集成方便紧凑的测距系统.
2 测距原理及提高测距分辨率方案
双光路调频连续波激光测距系统的原理图如 图 1 所示. 系统光源为可调谐激光器, 发射激光为 线性调制激光, 其光频按照周期性三角波的规律变 化, 如图 2 所示, 纵坐标为光频, 横坐标为时间. 该 系统的测量干涉光路 (下半部分) 和辅助干涉光路 (上半部分) 均为马赫曾德尔干涉光路, 辅助干涉光 路可与测量光路同光源同时工作, 且光程差远大于 测量光路, 因此可对测量光路获得的干涉信号进行 等光频间隔采样, 从而补偿光源频率调制的非线性 引入的测量误差. 对多次不同测量的等光频间隔采 样的信号进行拼接可实现对激光光源调制带宽的 拓展, 从而提高测距分辨率.
64232015230601范围为1通过新技术或者对调谐激光器进行补偿的方法如使用光学频率梳对激光光源扫描波长锁定或重采样技术规避或补偿由于激光光源代入的系统误差已经取得了较大进展如2009年roos利用光纤自混频技术对光源系统进行了改进且对距离15m的目标进行测量测距分辨率达到了312013年baumann利用学频率梳对激光器的光频进行校正将测距分辨率提高到了130重复精度达到了6nm12本课题组于2012年开始进行提高调频连续波激光测距系统分辨率的研究采用重采样的方法对测量分辨率进行优化取得了一定的进展1314但是大范围扫频带来的频率调制非线性依然是一个未解决的难题本文开展研究解决这一问题
高精度频率校准方案
高精度频率校准方案
总结与展望
总结与展望
▪ 方案总结
1.本方案通过采用高精度频率校准技术，提高了系统的时间和 频率精度，满足了项目需求。 2.在实施过程中，我们注重细节，严格遵守技术规范，保证了 方案的顺利实施。 3.通过本次方案，我们积累了更多的经验和技术，为未来的类 似项目提供了有力的支持。
▪ 数字信号处理算法
1.数字信号处理算法可以对频率信号进行精细调整和优化。 2.通过采用先进的滤波算法、频率跟踪算法以及误差补偿算法 ，可以在软件层面提高频率精度。 3.结合硬件和软件的优势，可以实现更高精度的频率校准。
▪ 电磁兼容性
1.电磁兼容性对频率校准精度有重要影响。 2.外部电磁干扰以及设备内部的电磁辐射都可能对频率产生影 响。 3.通过采取有效的电磁屏蔽措施、优化布线设计以及提高电源 的稳定性，可以降低电磁干扰对频率精度的影响。
▪ 数据收集与分析
1.数据采集：采用高精度的测量设备，收集足够的数据样本。 2.数据处理：运用专业的数据处理软件，对数据进行清洗、整 理和分析。 3.结果呈现：将处理后的数据以图表、报告等形式展示，便于 理解和分析。
校准过程与结果展示
▪ 校准结果评估
1.结果对比：将校准结果与预期值进行对比，评估校准的准确 性。 2.不确定度分析：根据数据分析结果，评估测量结果的不确定 度，量化校准的可靠性。 3.结果应用：根据校准结果，对设备进行调整或修复，提高设 备的频率准确度。
频率误差来源与影响分析
温度控制与补偿
1.温度变化是导致频率误差的重要因素之一。 2.通过实施精确的温度控制措施，减小设备工作环境的温度变 化，可以降低温度对频率的影响。 3.此外，还可以采用温度补偿技术，根据温度变化实时调整频 率输出，以进一步提高频率精度。
高重复频率激光测距的实测结果
１ ㊀引言
目前， 国际卫星激光测距的一个重要发展方向 是提高激光器的发射频率， 降低发射能量。这被称 为高重频（ ｋ Ｈ ｚ ） 激光测距技术。激光器的发射频率 由原来的 １ ０ ２ ０Ｈ ｚ 提高到 １ ２ｋ Ｈ ｚ ， 能量由传统 的几十到几百 ｍ ｊ 降至 １ｍ ｊ 左右。这种技术的应用 不仅可以避免高能量带来的危险性和损坏， 而且还 可以大大提高观测数据量。它的实现伴随着对传统 测距系统的更新换代。如相互交叠产生的距离门发 生器、 高精度事件计时器等都是 ｋ Ｈ ｚ 激光测距系统 必备的技术基础。自从 ２ ０ ０ ３年 １ ０月国外首次获得 ｋ Ｈ ｚ 激光测距数据以来
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ㊀Ａ ｐ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓｏ ｎｔ ｈ ｅｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ Ａ ｊ ｉ ｓ ａ ｉ ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ， ｅ ｔ ｃ ． ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄｂ ｙｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅＳ Ｌ Ｒｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
第２ ８ 卷 第６ 期 ２ ０ ０ ８ 年１ ２ 月
大地测量与地球动力学 Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＧ Ｅ Ｏ Ｄ Ｅ Ｓ ＹＡ Ｎ ＤＧ Ｅ Ｏ Ｄ Ｙ Ｎ Ａ Ｍ Ｉ Ｃ Ｓ
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ８Ｎ ｏ ． ６ ㊀Ｄ ｅ ｃ ． ， ２ ０ ０ ８
㊀㊀文章编号： １ ６ ７ １ ５ ９ ４ ２ （ ２ ０ ０ ８ ） ０ ６ ０ １ ３ ７ ０ ２
， 国内外专家一直致力于
研究和发展这一技术。我国重大科学工程项目“ 中 国大陆构造环境监测网络” 更是将高重复频率激光 测距技术规划到中国卫星激光测距网更新换代的基
２ ０ ０ ８ ０ ９ ０ １ 收稿日期： 基金项目： 国家自然科学基金（ ４ ０ ７ ７ ４ ０ １ ３ ） 作者简介： 郭唐永， 男， １ ９ ５ ７年出生， 研究员， 从事卫星激光测距方面的研究． Ｅ－ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｇ ｕ ｏ ｔ ｙ ＠２ １ ｃ ｎ ． ｃ ｏ ｍ
高重频光子计数激光雷达样机设计及测距试验
高重频光子计数激光雷达样机设计及测距试验王遨游;陶宇亮;李旭;王春辉;彭欢;吴光;王龙;张靖涛【摘要】In order to verify the space borne three dimensional lidar imaging technology,a ground scaled model lidar prototype is designed based on high repetition rate photon counting technique,and it has the characteristics of sub-field,non-scanning and multi-channel.The system uses two high repetition frequency,micro-pulse lasers(repetition frequency 10 kHz,single pulse energy 60 μJ),and the multi-channel detection is achieved based on large spot multi-sub-array photondetection.Besides,the time interval and time correlation statistics for single photon response time are measured by using FPGA based time coincidence count signal processing technology.Then the target distance can be obtained according to the target response time consistency and randomness of the noise response.In the field experiment,the distance of the buildings that is more than 10 km was measured,and the ranging accuracy is better than 0.3 m,detection probability is more than 99%,and the influences of different atmospheric visibilities on ranging are compared.The system validates the feasibility of multi-sub field of view of space born lidar and fiber optic focal plane receiving scheme,and proves the ranging accuracy and adaptability of lidar based on photon counting.%为了验证星载激光三维成像雷达技术,设计研制了一种基于高重频光子计数体制的分视场、无扫描的多通道激光雷达地面原理样机.系统采用两路高重频、微脉冲激光器输出,结合大光斑多元细分阵列光子探测方式实现多通道探测,并采取基于FPGA的时间相关符合计数信号处理技术,对单光子响应时刻进行时间间隔测量和时间相关统计,根据目标响应发生时机一致性和噪声响应的随机性提取目标距离信息.在外场试验中对水平距离大于10 km的楼宇目标进行了有效地测量,单通道的距离测量精度优于0.3 m,探测概率超过99%,并对比不同大气能见度下对测距的影响.该系统验证了星载激光雷达大光斑多元细分、光纤拼接焦面接收方案的可能性,并验证光子计数体制激光雷达测距精度及适应性.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)007【总页数】5页(P803-807)【关键词】激光雷达;单光子探测;光斑细分【作者】王遨游;陶宇亮;李旭;王春辉;彭欢;吴光;王龙;张靖涛【作者单位】北京空间机电研究所激光工程技术研究室,北京 100094;北京空间机电研究所激光工程技术研究室,北京 100094;北京空间机电研究所激光工程技术研究室,北京 100094;北京空间机电研究所激光工程技术研究室,北京 100094;北京空间机电研究所激光工程技术研究室,北京 100094;华东师范大学光谱学与波谱学国家教育部重点实验室,物理系,上海 200062;北京空间机电研究所激光工程技术研究室,北京 100094;北京空间机电研究所激光工程技术研究室,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】P228.5传统星载光学测绘测量精度依赖于地面纹理特征,对于冰原、滩涂地区测量具有局限性,并且易受云的遮挡影响,在无控制点区域高程精度较低[1]。
高重频激光瞄准系统精度测试方法研究
关键 词 ： 激光 光斑 ； 图像处 理 ； 中心 ； 移动 靶标
中图分 类号 ：Ｎ ４ Ｔ ２７ 文献标 识 码 ： Ａ Ｄ Ｉ １ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ － ７ ．０ ．６ ０ ７ Ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ １ ０ ８ ２ １ ０ ． １ ｓ ５ １
系统定标 方 法简 单 ， 靶标 与拍摄 系统相对 位置 固定 ， 能够 作 为移 动靶标 测试 激光 跟瞄 移动物体
的瞄准 精度 。该 系统 能够跟 踪高 帧频 的激光 脉冲 。通过 对 激光脉 冲 能量分布 图像 的分 析确定 了图像处 理和 灰度 加权 重心 法相结 合 的光斑 中心 提 取 算 法 ， 高 了系统 测 试精 度 。 并使 用双 提 光楔 法对 该 系统进行 了测 试 ， 实验结 果表 明系统对 激光光 斑 中心 的定位 精度 高于 ０ ２ｍｍ。该 ．
（ ｈ ｎ ｈ ｉ ｎ ｔｕｅｏ ｅ ｈ ｉ ｌ ｈ ｓ ｓ Ｃ ｉｅｅＡ ａ ｅ ｙｏ ｃ ｎ ｅ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｓ ａ ｇ ａ Ｉ ｓ ｔ ｆ ｃ ｎｃ ｙｉ ， ｈｎ ｓ ｃ ｄ ｍ ｆ ｉ ｃ ｓ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ８ ， ｈｎ ） ｉｔ Ｔ ａＰ ｃ Ｓｅ
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ｒｌ ｉ ｏｉｏ ， ｅｓｓ ｍ ｃｎｂ ｓｄａ ａｍ ｖ ｇｔ ｇｔｏｔ ｔｈ ｓｒ ｉ ｉｇａｃ ｒ ｙｏ ｏｉｇｏｊｃ ． ｈ ｅ ｔ ｅｐｓ ｉ Ｓ ｔ ｙｔ ａ ｅｕｅ ｓ ｏｉ ｒｅ ｔ ｅ ｅｌ ｅ ａｍｎ ｃｕａ ｆ ｖｎ ｂｅｔ Ｔ ｅ ａｖ ｔｎ Ｏ ｈ ｅ ｎ ａ ｓｔ ａ ｃ ｍ ｓ
高精度激光测量系统设计与实现
高精度激光测量系统设计与实现激光测量是一种通过测量光束的特性来获取目标物体相关数据的技术。
高精度激光测量系统设计与实现是一个复杂的过程，需要综合考虑光学、检测和系统控制等方面的知识。
本文将介绍高精度激光测量系统的设计和实现步骤。
一、需求分析在设计高精度激光测量系统之前，首先需要进行需求分析。
需求分析的目的是明确测量系统要实现的功能和性能要求。
根据不同的应用场景和需求，我们可以确定测量系统的精度、测量范围、测量速度等参数。
二、激光器选择在高精度激光测量系统中，激光器是一个关键组件。
激光器的选择应根据需求分析的结果和实际情况进行。
常见的激光器有氦氖激光器、二极管激光器、固体激光器等。
不同类型的激光器有不同的特性和输出功率，需要根据实际需求进行选择。
三、光学系统设计光学系统是高精度激光测量系统中的另一个重要组成部分。
光学系统的设计要根据具体应用场景进行选择。
光学系统包括激光发射器、光束形状调整器、光学透镜和光电探测器等组件。
通过适当的设计和优化，可以提高激光测量系统的精度和稳定性。
四、探测器选择探测器是用于接收和转换光信号的装置，对于高精度激光测量系统的性能起着关键作用。
常见的探测器有光电二极管（PD）、光电倍增管（PMT）和CCD等。
不同类型的探测器有不同的响应速度和噪声水平，需要根据实际需求进行选择。
五、系统控制系统控制是高精度激光测量系统中一个重要的环节。
系统控制包括激光调节、光路调整、数据采集和信号处理等过程。
合理的系统控制可以提高激光测量系统的稳定性和精度。
通常，我们可以使用微控制器或者计算机来实现系统控制。
六、误差分析和校正在实际应用中，高精度激光测量系统难免会出现误差。
误差分析和校正是确保测量系统精度的关键步骤。
通过对系统的误差源进行分析和校正，可以提高激光测量系统的准确性。
七、系统性能评估在完成系统设计和实现后，需要对系统的性能进行评估。
系统性能评估可以用来检验系统是否满足需求分析中的要求。
高精度高重频脉冲激光测距系统
Ｖ Ｏ ．０ １４ ＮＯ． ８
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｆ ａ ｅ ｎ ｓ ｒＥｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｎ ｒ ｒ
Ａｕｇ． ２０１ １
高精 度 高重 频 脉 冲 激 光 测 距 系统
更好 的 可扩展 性和灵 活性 。
关键 词 ： 冲激 光测 距 ； 精 密 时间测量 ； 三 维激光 扫描 ； Ｎ ｏ Ｉ 脉 ｉｓＩ
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ７ Ｎ ４ 文献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ — ２ ６ ２ １ ）８ １６ — ４ ０ ７ ２ ７ （０ １０ — ４ １ ０
ｒ ｐ ｔ ｉ ｎ ｒ ｔ ｎ ｈｇ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｐ ｅ ｉｉｎ ｐ ｌｅ ｌｓ ｒ ｒ ｎ ｉ ｇ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｎｉ ｓ Ｉ ｓ ｆ— ｏ ｅ ｅ ｅ ｉ ｏ ａｅ ａ ｄ ｉｈ ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｒ ｃｓｏ ｕ ｓ ａ ｅ ａ ｇ ｎ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ Ｉ ｏ ｔｃ ｒ ｔ
ｓ ｓｅ ． Ｔｈ ｗｏ ｋ ｈ ｒ ｃｅ ｓ ｃ ｏ ３ ｙ ｔｍ ｅ ｒ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓ ｆ Ｄ ｌｓ ｒ ｃ ｎ ｉ ｇ ｅ ｅ ｔｏ ｓ ｓｅ ｉｉ ａ ｅ ｓ ａ ｎｎ ｄ ｔｃｉ ｎ ｙ ｔｍ ｗｅ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ， ａ ｄ ｈｇ ｒ ｉｔｏ ｕ ｅ ｎ ａ ｉ ｈ
纪荣秫 ， 长明 ， 学成 赵 任 （ 京理 工大 学 光 电学 院 ， 京 １０ ８ ） 北 北 ００ １
摘 要 ： 三维激光扫描探 测 系统 中，激光 测距 的测量重频 和测量 精度是影 响整 个 系统性 能的 关键 参 在
数。介绍 了三维激光扫描探 测 系统 的工作特 点 ， 设计 了一种 以 Ｎ ｏ Ｉ 嵌入式软 处理 器为核心 的 高重频 、 ｉｓＩ 高精度脉 冲激光测距 系统。 通过 分析影 响测量重频和 测距精度 的 因素 ， 用双 阈值 时刻鉴 别方 法进行 计 采 时起止 时刻的鉴 别 ， 用 Ｔ Ｃ Ｇ ２高精 度 时间 间隔测量 芯片进行 精 密计 时 ， 使 Ｄ ．Ｐ 设计 了基 于 Ｎ ｏ Ｉ 嵌入 式 ｉｓＩ 软 处 理 器的计 时控 制 系统 以提 高测量 重频 。 实验 结果表 明 ： 实现 了测 量重 频 为 ２ ０ ０次／、 ００ ｓ 测距 精度 为 ３ ｍ 的激光测距 。与传 统的单 片机控 制的计 时 系统相 比， 系统不仅测量 重频和测量精度 高 ， ｃ 该 且具 有
高精度激光动态测试技术初探
高精度激光动态测试技术初探邓江流【摘要】Laser rangefinder in the course of the study, the main research is to test the ground detection method of range finder performance indicators, in the whole process of the work is also an important content of the work. According to the basic principle of the laser range finder, and then design a high precision laser dynamic testing system, a comprehensive analysis of the impact of high precision the error factors, can achieve the precision measurement of laser rangefinder. Compared with the traditional test method, laser rangefinder has the following two characteristics: first, the precision is high; second, the range of distance is relatively large. The dynamic simulation results show that the dynamic range of high precision laser testing system can reach 16m~28km the simulation accuracy of more than 0.16m. high precision laser dynamic testing system in the operation process is simple and convenient, in addition, has a relatively strong practical dynamic high precision laser. The test system can meet the basic needs of various laser range finders at the present stage%激光测距仪在研究过程中,主要是通过地面检测方法对测距仪的性能指标等加以测试研究,在整个工作过程中也是重要的工作内容.根据激光测距仪的基本工作原理,再设计出高精度激光动态测试系统,综合分析影响高精度的误差因素等,最终能够实现对激光测距仪的精度测量.相比起传统测试方法而言,激光测距仪具有以下两种特点:其一,精度高;其二,模拟距离动态的范围比较大.研究结果表明,高精度激光动态测试系统距离范围能够达到16m~28km,模拟精度超过0.16m.高精度激光动态测试系统在操作过程中既简单又方便,除此之外,具有比较强的实用性.高精度激光动态测试系统能够满足现阶段各种激光测距仪的基本需求.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2017(000)019【总页数】3页(P35-36,62)【关键词】激光测距仪;高精度;激光动态;测试系统【作者】邓江流【作者单位】贵阳职业技术学院,贵州贵阳,550081【正文语种】中文对激光测距仪进行性能测试的过程中，需要输入高精度且可以调节的仿真距离测试值。
激光瞄具多轴一致性检测系统研究
激光瞄具多轴一致性检测系统研究
激光瞄具是多光轴为一体的光电瞄准系统,在现代武器装备平台上得到了广泛应用。
激光瞄具在设计、制造与应用的过程中,各光轴之间的平行性对能否准确命中目标有直接的影响,因此,瞄具多光轴一致性的检测有着举足轻重的作用,通过对瞄具多光轴一致性检测来提高瞄准精度,从而提高武器的命中率。
本文介绍了常规的光轴一致性检测方法,并结合实际的检测精度与要求,提出了一种离轴抛物型的数字化检测系统。
运用ZAMEX光学设计软件,设计了多轴一致性检测系统中的平行光管。
运用Solidworks三维设计软件,进行检测系统的结构设计。
论证选取检测系统中的各个元器件,并对检测系统进行总体装配与校正。
经过系统总体误差分析,满足项目要求平行度误差为0.05mrad(?)的要求。
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高重频激光瞄准系统精度测试方法研究杨俊;亓洪兴;李正文【摘要】This paper presents a laser aiming accuracy test method to meet the aiming accuracy requirement of laser targeting system.The calibration method of the system is simple.The target and camera system are installed in a fixed relative position,so the system can be used as a moving target to test the laser aiming accuracy of moving objects.The system can track high frame rate laser pulses.The analysis of the grayscale image which shows the energy distribution of laser pulse shows that the centroid of the laser spot is not exactly the center.The system uses the weighted gray barycentric method to calculate the center position of the beamspot,which provides a better accuracy than the simple barycentric method.System test experimental results with double-wedge method show that the accuracy of laser spot center position is better than O.2 mm.The method is valuable in engineering application.%为满足对激光瞄准系统瞄准精度的测量要求,设计了一套激光瞄准偏差测试系统,该系统定标方法简单,靶标与拍摄系统相对位置固定,能够作为移动靶标测试激光跟瞄移动物体的瞄准精度.该系统能够跟踪高帧频的激光脉冲.通过对激光脉冲能量分布图像的分析确定了图像处理和灰度加权重心法相结合的光斑中心提取算法,提高了系统测试精度.并使用双光楔法对该系统进行了测试,实验结果表明系统对激光光斑中心的定位精度高于0.2 mm.该方法具有较高的工程应用价值.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)006【总页数】5页(P673-677)【关键词】激光光斑;图像处理;中心;移动靶标【作者】杨俊;亓洪兴;李正文【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083;中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083;中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083【正文语种】中文【中图分类】TN247激光具有能量集中、稳定度高、发散角小等优点，在空间目标定位等应用中有其无法替代的优越性，因此越来越多的被应用于瞄准设备。
当激光瞄准设备距离靶标较远时，激光光束的扩散会导致光斑变大;激光光斑内能量的分布也会随时间发生变化;由于湍流效应的影响，光斑位置也会产生随机的偏折、漂移。
这些现象都会导致激光瞄准精度下降［1－2］。
某些情况下，激光瞄准设备跟瞄的目标不是固定的，因此，为了验证跟瞄系统对移动目标的瞄准能力和瞄准精度，需要有能够对其瞄准性能进行测试的移动靶标和测试系统。
激光瞄准的精度决定了跟瞄或其他设备的准确度。
为准确测量激光跟瞄移动靶标的瞄准精度，本文设计了一套用于测量激光瞄准精度的测试系统，靶标与测量系统相对位置固定，系统定标方法简单，可以作为移动靶标用于激光跟瞄系统的测试设备。
通过对激光能量在激光光斑内分布状况的分析，提出了改进的重心法测量激光光斑能量中心，误差小于0.2 mm。
通过双光楔法和移动靶标法的测试，对系统的测试精度进行了检测，测量精度能够满足系统要求。
该设备用于激光瞄准系统的精度测量，具有较高的工程应用价值。
当激光光斑落在探测器光敏面上时，由于光斑能量分布的不同，探测器上不同的光敏元将会获得与相应光能量所对应的灰度值ξ(i，j)，可以根据探测器获得的不同光敏元的灰度值推算出该点所对应的激光光斑的能量密度值κ(i，j):式中，S(i，j)为光敏元的面积;φ是输入光束的总能量值。
在探测器不饱和的前提下，光敏元的灰度值与该点对应的激光能量密度成正比，因此根据激光光斑能量密度值κ(i，j)的分布可以计算出激光光斑的能量中心，从而对激光瞄准精度进行评估。
激光瞄准精度测量实验装置设计如图1所示，其中的测量系统主要由3部分组成:靶标、PIN管探测器和CMOS相机。
靶标中心嵌入可见光光源，作为激光瞄准目标，在激光引导设备的引导下，激光器瞄准靶标中心发出脉冲式激光，激光打中靶标后的散射光能被 PIN管采集到，产生触发信号，触发CMOS相机采集一幅靶标上具有激光光斑的照片，通过图像处理计算出激光光斑的中心与靶标中心的误差，从而可以计算出激光瞄准引导系统的引导误差。
PIN管激光探测器和相机组成的光斑探测系统通过金属支架臂与靶标固定在一起，使得成像系统与靶标的相对位置不随靶标位置的改变而产生变化，从而靶标坐标系与测量坐标系之间有固定的转换关系。
系统采用对1064 nm波长的激光有响应能力的CMOS相机，并在相机前加1064 nm窄带滤光片以消除靶标中心光源干扰和环境光等光线的影响。
当激光器以固定频率发射激光时，如图2所示，PIN管检测到靶标上散射的激光光线后延迟一段时间(约为激光重复周期ΔT)触发相机采集下一个激光光斑，因此该系统采集固定频率激光光斑图像时是从脉冲序列的第二个开始采集。
这种测量方法可以最大程度地减小相机系统的积分时间，从而既可以实现光斑图像的高信噪比，又可以提高系统跟踪激光器的跟踪频率。
本文试验中使用的相机最大外触发帧频可达15 Hz，因此可以跟踪并测量15 Hz频率的激光瞄准系统。
提高相机的最大外触发帧频可以提高该系统的激光跟踪频率。
在圆形靶标上通过四盏程序可控的1064 nm波长发光LED组成定标系统。
每次光斑拍摄系统与靶标的相对位置发生变化后，需要对系统进行重新定标。
四盏定标灯在靶标上的分布如图3所示。
当拍摄系统与靶标的相对位置发生改变之后，需要对系统测量系统重新进行定标，按顺序依次点亮四盏定标灯a、b、c、d，每次点亮一盏定标灯后，测量系统拍摄一副照片，定标完成后关闭所有定标灯。
测量系统通过对四个相对位置已知的定标灯的测量，得到四盏灯在测量坐标系中的位置坐标，并结合四盏定标灯在靶标坐标系中的位置信息建立两个不同坐标系之间的转换关系矩阵。
对靶标坐标系上任意一点(X'，Y'，Z')都可根据测量坐标系中对应的点(X，Y，Z)由以下换算得到:理想情况下，相机采集到的图像是典型对称形的高斯亮斑，其光强符合高斯分布。
当激光光斑能量符合高斯分布时，光斑能量中心与光斑型心重合，对于这种光斑中心的测量可以通过重心法计算得到。
除重心法外，常用的光斑中心定位算法还有Hough变换法、圆拟合法和最小二乘法等［3－4］，Hough变换法占用资源大，速度慢;圆拟合法除法、根方运算多［5］。
为实现实时高重频激光光斑中心的检测，需要算法实现速度快且精度高。
通常激光器输出的光斑不是严格的高斯分布，而且经过一段距离的传输后，光斑形状也会受到环境等因素的影响发生变化。
为了验证激光光斑能量密度的非高斯分布，本文通过激光光束分析仪对激光光斑能量的分布进行了测试。
测试原理如图4所示，根据高斯光束传输性质和透镜转换性质，激光发射光束经过平行光管聚焦后，其焦平面上的光斑分布可以等效激光光束在远场的分布情况。
在平行光管的焦平面上放置CCD探测器，通过计算机处理系统采集与激光脉冲同步的数字图像，可以得出激光光束相对能量分布情况［6］。
通过激光光束分析仪得到的激光光斑图片如图5所示，从照片中可以发现，激光光斑的质心与形心并不完全一致。
由于成像系统得到的激光光斑照片中像素的灰度值与该点对应的激光能量密度成正比，因此采用灰度值加权平均方法计算求得的光斑中心更能够体现激光光斑能量中心。
假设存在如图6所示的激光光斑，光斑上每一点在光标坐标系中的二维平面坐标(i，j)可以通过相机测量值和两个坐标系的关系矩阵M计算得到。
g(i，j)为像素(i，j)点的灰度值，假设目标的中心位置为O(Ox，Oy)，根据灰度值加权的光斑中心求法可得:式中，T是激光光斑灰度的阈值，可以通过迭代算法求得;n是光斑图像中灰度值大于阈值T的像素个数。
为测试系统对激光光斑的测量精度，通过光楔测试法对系统进行了测试验证。
光楔是顶角很小的棱镜，利用棱镜的折射性实现光路的偏折，从而实现提供不同角位置光源。
双光楔由两个具有一定楔角的光学平板玻璃组成，光线垂直入射光楔的前表面后经过一系列的折射，从后表面出射产生一定的偏向角。
光楔在小角度和微位移测量中有着重要应用，当使用单光楔时，光线延光楔光轴平行入射，以固定折射角度α出射，旋转光楔可以使出射光线绕光轴做固定角度的旋转，其轨迹为一圆形，如图7(a)所示。
使用双光楔时，通常令两光楔折射角相同，假设其均为α，两光楔相隔一微小间隙。
两光楔以速度相同、方向相反的方向旋转时，出射光束行走轨迹为直线，当两光楔绕光轴相对旋转，其夹角为φ时，则出射光线与光轴之间的夹角δ随光楔旋转夹角φ而变，其表达式为δ=2α(n－1)cos(φ/2)，其中n为光楔材料的折射率，如图7(b)所示。
为了测量系统的分辨率和精度，设计了一套通过光楔使激光光束方向在较近的距离上发生微小变化来产生已知的光斑偏移的测试方法。
测试系统框图如图8所示。
采用两片小角度光楔构成激光光束方向微调器。
光楔的楔角为0.5°。
使用双光楔将激光光束转动一个微小的角度α，在距离光楔d之外的靶标上接收到的激光光斑中心相应的移动一段微小的光斑位移m，m=d· tanα。
通过激光光斑测试系统测出两次激光光斑中心的相对距离，与计算得到的理论激光光斑移动距离相对比。
使用双光楔作为激光光束微调器对系统测量精度进行测试，每次使两个光楔绕光轴按相反方向转动相同角度，使激光光束出射光轴转动一定角度，通过定标后的系统采集每次激光光轴发生变化后的激光光斑位置，计算相邻两个激光光斑中心的相对距离并与理论计算值相比较，测试结果如表1所示。