激光主动成像系统探测距离方程的研究
盖革模式APD激光测距误差理论研究
也=后现(-审
⑷
式中，朋为激光脉冲的总光子数，T为激光脉冲宽 度，一般认为-3工〜阮为激光总光强。
Gm-APD在时间tl和t2之间的触发概率为：
P(A：>0；r15r2) = l-exp[-7V(z15r2)],
(5)
式中，□为探测器量子效率，Mt)与Mt)分别为 背景噪声光率函数与目标回波光的率函数，広(t) 一般认为是常数，灿(t)为暗计数的率函数，通常暗 计数非常小，本文忽略，心(t)与回波波形的强度有 关，可认为是高斯形式，以波峰为时间零点的表达 式为阳,
产生雪崩效应，输出信号。 对于一个Poisson过程“凹，在时间 杠和池
16学术研究
测绘技术装备 第21卷2019年第3期
之间产生&个初始电子的概率为：
P(知i，『2)=肓["(£,右)]exp[-N(fi“2)]
*
> (/丿
其中，N为:
”(加2) = J：[耳包0) + 叫(0)+ 叫 W]曲， (3)
正方法；最后进行基于Monte Carlo方法进行距离校正仿真实验，结果表明，矫正方法可将米级的测距误差 降低到分米甚至厘米级的测距误差.下一步将进行实际目标距离矫正°
关键词：Gm-APD测距误差 Poisson模型 距离校正
1引言 Gm-APD作为一种单光子探测器件，不仅具有优
良的探测性能，对接收光能量要求低，而且基于
心法的测距矫正方法进行理论分析；最后，采用距 离校正方法实现对Monte Carlo仿真数据的测距误 差进行矫正。 2理论
国内在Gm-APD器件及应用方面发展较晚，相关技 术发展不成熟，相关理论亟待研究。Gm-APD作为激 光雷达的核心器件，其测距能力是衡量激光雷达优 良的重要指标，测距误差是测距能力的一个重要表
激光雷达方程推导
激光雷达方程推导1. 引言激光雷达（Lidar）是一种通过测量激光脉冲的传播时间和反射强度来获取目标物体位置和形状信息的主动光学遥感技术。
在自动驾驶、环境感知、地质勘探等领域有着广泛的应用。
激光雷达方程是描述激光雷达测距原理的数学模型，本文将对激光雷达方程进行推导。
2. 激光雷达工作原理激光雷达发射器发出一个短脉冲的激光束，该束经过大气层并与目标物体相互作用后被接收器接收。
通过测量激光脉冲从发射到接收所需的时间以及反射回来时的强度，可以确定目标物体与激光雷达之间的距离和位置。
3. 推导过程为了推导激光雷达方程，我们需要考虑以下几个因素：•激光束在空气中传播时会发生衰减；•目标物体会反射一部分入射到其表面的激光束；•接收器只能接收到反射激光束的一部分。
3.1 衰减因素激光束在空气中传播时会发生衰减，主要有两个原因：吸收和散射。
我们可以用以下公式表示激光束的衰减：I=I0e−αd其中，I是接收到的激光强度，I0是初始激光强度，α是吸收系数，d是激光传播距离。
3.2 反射因素目标物体会反射一部分入射到其表面的激光束。
我们可以用以下公式表示反射激光强度：I r=ρI其中，I r是反射激光强度，ρ是反射系数。
3.3 接收因素接收器只能接收到反射激光束的一部分。
我们可以用以下公式表示接收到的激光强度：I recv=A⋅I r其中，A是接收器探测效率。
3.4 测距原理根据测距原理，我们可以得到以下公式：d=c⋅t 2其中，d是目标物体与激光雷达之间的距离，c是光速，t是激光脉冲从发射到接收所需的时间。
3.5 激光雷达方程推导将上述公式整合起来，我们可以得到激光雷达方程：I recv=A⋅ρI0e−αd将测距公式代入上式中，可以得到：I recv=A⋅ρI0e−αct 24. 总结本文对激光雷达方程进行了推导。
通过考虑衰减因素、反射因素和接收因素，并结合测距原理，我们得到了描述激光雷达测距原理的数学模型。
这个模型可以帮助我们理解激光雷达的工作原理，并为相关应用提供基础支持。
激光主动照明光学系统设计
Ｄ ４ ０ ０μ ｍ ， Ｎ Ａ＝ ０ ２ ２ ， 其内部包含的模数非常 １＝ 大， 其出射光完全可以用几何光学近似处理。所 以在此种情况下， 光纤完全可以实现对激光光束 的匀光处理。 鉴于跟踪测量系统所选用探测相机的波段需 要， 所选用半导体激光器功率为 ０ ５ ０Ｗ 连续线 性可调， 工作波段为（ ８ ０ ８ʃ ３ ）ｎ ｍ ， 并支持远端自 动控制。 ２ ５ｋ ｍ 不同远近处目标， 系统 为保证对 ０ 的照明区域均为直径为 １ ０ｍ的圆形区域， 激光光 源经照明光学系统后其发散角度 θ应为 ２ｍ ｒ ａ ｄ （ ５ｋ ｍ ） ５ ０ｍ ｒ ａ ｄ （ ０ ２ｋ ｍ ） 可调。系统的最小发 散角度 θ 共同确 ５ｋ ｍ由光纤直径 Ｄ １与系统焦距 ｆ
１ ４ ］ 和Ｅ ｌ ｖ ｉ ｓ ｓ 激光主动成像系统等 ［ 。同时， 国内外
对激光主动照明技术的研究主要集中在距离选通 技术及探测距离等领域， 并未对不同照明距离处 照明亮度的一致性及均匀性的问题进行分析， 而 从目前激光主动成像系统来看， 存在目标照度不 均匀及照度动态范围过大的问题
［ １ ４ ］
激光光源直接输出的光功率密度为高斯分 布， 需要进行匀光处理， 使用传统光棒匀光混合效 果不佳， 且光功率损耗比较大。光纤具有可弯曲、 可多光纤合束、 可长距离传输、 光功率损耗低等诸 多优点， 故选取光纤作为激光混光和中继传输器
１ ４ ］ 件［ 。本文采 用 多 模 石 英 光 纤， 纤芯直径径为
Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅｉ ｌ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ｌ Ｉ ＵＴ ａ ｏ ，Ｈ ＵＹ ｕ ｅ ，Ｄ Ｏ Ｎ ＧＪ ｉ ａ ｎ ，Ｓ Ｈ Ｅ ＮＪ ｕ ｎ ｌ ｉ
激光主动照明成像技术_分析和实验证明_王智
后向散射和目标反射的总功率 , 反映了后向散射的
影响 。如果需要研究后向散射对目标识别的影响 , 还
必须考虑望远镜焦平面的成像设备 , 本实验的接收
装置为 CCD 摄像机 , 还必须知道散射体和目标在探
测器对应像元上的辐射功率 , 从而可以对后向散射
引起的 辐射背景 对目标照 明的影 响加 以分析 。设
φ)
loi I
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+τ
i
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l6
S i(l )dl
(10)
我们通过对 ηi 的分析 , 可以看出大气的后向散射对 目标照明的影响程度 。当 ηi >1 时 , 后向散射干扰已 经淹没了目标 , 即噪声大于有用的信号 , 通常取 η0i =1 为临界影响系数 。
1.2 成像系统组成
激光主动照明成像系统由以下几个部分组成 : 激光发射装置 ;激光接收望远镜 ;数据采集 、处理和 输出显示系统 。图 2 所示是激光主动照明成像系统 的示意图 。目前在国防科技中应用较广泛的激光波 段有两个 :钇铝石榴石(Y AG)激光的 1.06 μm 和二氧 化碳(CO2)激光的 10.6 μm , 前者主要用于激光测距
传输的目的 。随着激光成像技术的研究 , 成像距离 越来越远 , 使用领域越来越宽 。 不仅在军事上用于 侦察 , 还用于海岸巡逻 , 海上搜索和救援 , 安全部 门用于对可疑分子监视 。
1 激光主动照明成像系统分析
对于短距离范围的主动成像系统设计是相当简 单的 , 激光器工作于光斑模式 , 光照明于整个探测 器焦平面阵列的可视实时域 。接收器产生可连接电 视系统的图像序列 。这种系统有以下好处 :(1)简 单 ;(2)在场景中 , 能允许实时地观察运动物体和 运输工具 。 对于更长的距离 , 由于受大气的干扰 , 连续的散粒噪声影响 , 雾气的后向反 射等限制因 素 , 工作在这种模式下是不可能的 。 往往需要多次 曝光和处理来产生整个景像的单帧图像 。 在这种情 况下 , 获取整个景像的完整图像所需要的时间和图 像保真度之间应该有一个平衡 。
激光测距毕业论文
激光测距毕业论文激光测距技术在现代科技领域中扮演着重要的角色，它不仅被广泛应用于工业制造、测绘地理、无人驾驶等领域，还在军事、医疗等方面发挥着关键作用。
本篇文章将探讨激光测距技术的原理、应用以及未来的发展。
首先，让我们来了解激光测距技术的原理。
激光测距是利用激光束的特性来测量目标物体与测距仪之间的距离。
激光束通过发射器发出，并在目标物体上产生反射。
测距仪接收到反射回来的激光束，并通过计算激光束的传播时间来确定目标物体与测距仪之间的距离。
这种技术具有高精度、高分辨率和快速测量的特点，因此被广泛应用于各个领域。
其次，激光测距技术在工业制造中具有重要意义。
在制造过程中，精确的测量是确保产品质量的关键。
激光测距技术可以用于测量零件的尺寸、检测产品的平整度和表面质量，以及判断产品的装配精度。
通过激光测距技术，制造商可以实时监测和调整生产过程，提高生产效率和产品质量。
此外，激光测距技术在测绘地理领域也扮演着重要角色。
传统的测量方法需要耗费大量时间和人力，而激光测距技术能够快速、准确地获取地形数据。
通过激光测距技术，测绘人员可以获取地面、建筑物、山脉等目标物体的三维坐标信息，为地理信息系统的建设提供了重要的数据支持。
这对于城市规划、土地管理和资源开发具有重要意义。
激光测距技术在无人驾驶领域也发挥着关键作用。
无人驾驶车辆需要实时感知周围环境并做出决策，而激光测距技术可以提供高精度的障碍物检测和距离测量。
通过激光测距技术，无人驾驶车辆可以准确判断与前方车辆、行人或其他障碍物的距离，从而做出相应的避让动作。
这对于提高交通安全和推动无人驾驶技术的发展至关重要。
然而，激光测距技术仍然存在一些挑战和限制。
首先，复杂的环境条件会对激光测距技术的精度和可靠性产生影响。
例如，在雨雪天气或者强光照射下，激光束的传播和反射会受到干扰，导致测量结果的不准确。
其次，激光测距技术的成本较高，限制了其在某些领域的广泛应用。
随着技术的不断发展和成本的降低，相信这些问题将逐渐得到解决。
激光雷达测距基本知识与其应用
激光雷达测距基本知识与其应⽤⽬录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)引⾔ (1)1雷达与激光雷达系统 (2)2激光雷达测距⽅程研究 (3)2.1测距⽅程公式 (3)2.2发射器特性 (4)2.3⼤⽓传输 (5)2.4激光⽬标截⾯ (5)2.5接收器特性 (6)2.6噪声中信号探测 (6)3伪随机m序列在激光测距雷达中的应⽤ (7)3.1测距原理 (7)3.2 m序列相关积累增益 (8)3.3 m序列测距精度 (8)4脉冲激光测距机测距误差的理论分析 (9)4.1脉冲激光测距机原理 (9)4.2 测距误差简要分析 (10)5激光雷达在移动机器⼈等其它⽅⾯中的应⽤ (10)6结束语 (11)致谢 (12)参考⽂献 (12)-激光雷达测距原理与其应⽤摘要:本⽂简单介绍激光雷达系统组成，激光雷达系统与普通雷达系统性能的对⽐，着重阐述激光雷达测距⽅程的研究。
针对激光远程测距中的微弱信号检测，介绍⼀种基于m序列的激光测距⽅法，给出了基于⾼速数字信号处理器的激光测距雷达数字信号处理系统的实现⽅案，并理论分析了脉冲激光测距机的测距误差。
了解并学习激光雷达在移动机器⼈等其它⽅⾯中的应⽤。
关键词：激光雷达；发射器和接收器特性; 伪随机序列; 脉冲激光；测距误差Applications and Principles of laser radar rangingStudent majoring in Optical Information Science and Technology Ren xiaonanTutor Shang lianjuAbstract:This paper briefly describes the composition of laser radar systems, laser radar system and radar system performance comparison of normal, focusing on the laser radar range equation. Laser Ranging for remote signal detection, presents a introduction of a sequence based on laser ranging method m, gives the high-speed digital signal processor-based laser ranging radar digital signal processing system implementations, and theoretical analysis of the pulse Laser rangefinder range error.We understand and learn application of Laser radar in the mobile robot and other aspects.Key words：Laser radar; Transmitter and receiver characteristics；Pseudo-random sequence；Pulsed laser；Ranging error.引⾔：激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，激光具有亮度⾼、单⾊性好、射束窄等优点,成为光雷达的理想光源,因⽽它是⽬前激光应⽤主要的研究领域之⼀。
水下激光成像系统探测距离的计算与仿真
水下激光成像系统探测距离的计算与仿真王磊;徐智勇;张启衡;王华闯;于学刚;杨建军【摘要】为了估计水下激光成像系统的工作距离,根据水下激光成像系统的成像过程,通过分析目标的辐射特性,水体的衰减特性等各因素,建立了水下激光成像系统的信噪比模型.根据识别目标所需要的信噪比阈值、脉冲激光器等器件的性能指标,推导出水下激光成像系统的工作距离公式,并且完成了系统成像距离的计算与仿真.采用532 nm的Nd∶YAG固体激光器、自组ICCD相机以及基于FPGA技术设计的同步控制电路板,进行了距离选通水下激光成像实验.实验结果表明:理论模型计算的信噪比与实际图像的信噪比平均误差为1.37 dB,证实了该模型的合理性.%In order to estimate the detection range of underwater laser imaging system, according to the imaging mechanism, the analysis of target radiation is reported, along with the analysis of seawater attenuation and other factors, and then the Signal-to-noise Ratio(SNR) model of the underwater laser imaging system is established. According to the threshold of SNR for recognizing the target, along with the performance of laser and other devices, formulation of detection range is obtained. Then computation and simulation of detection range is implemented. By adopting a 532nmNd:YAG laser, self-made ICCD camera and a range-gated sync control board based on FPGA technology, the underwater laser imaging experiment is done. The experimental results, which indicate that the average error of SNR between theoretical model and real image is 1.37dB, show the rationality of the SNR model.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2012(039)005【总页数】6页(P39-44)【关键词】成像系统;激光器;距离选通;信噪比【作者】王磊;徐智勇;张启衡;王华闯;于学刚;杨建军【作者单位】中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国人民解放军93617部队,北京101400【正文语种】中文【中图分类】TN247;TN2090 引言1963年S.Q.Duntley及Gilbert G D等人发现海水中存在一个“蓝绿”透明窗口[1]，为激光水下探测奠定了理论基础。
水下激光成像系统探测距离的计算与仿真
水下激光成像 系统探测距 离的计算 与仿真
王 磊 １，徐 智勇 ， ２ ，张启衡 ，王华 闯 ，于学刚 ，杨建 军
（ ．中国科学院光电技 术研 究所 ，成都 ６０ ０ ； １ １２ ９ ２ ．中国科学院研究生院，北京 １０４ ； ０ ０ ９ ３ ．中国人 民解放军 ９ ６ ７部队 ，北京 １ １０ ３１ ０ ４ ０）
ｔ ｒ ｓ ｏｄ ｏ ＮＲ ｏ ｅ ｏ ｎ ｚｎ ｅ ｔ ｒ ｅ ，ａｏ ｇ ｗｉ ｅ ｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ ｆ ｌｓ ｒ ａ ｄ ｏｈ ｒ ｄ ｖｃ ｓ ｏ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｅｈ ｌ ｆ Ｓ ｆ ｒ ｒ ｃ ｇ ｉｉ ｇ ｔ ａ ｇ ｔ ｌｎ ｔ ｔ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｉｅ ，ｆ ｒ ｌｔ ｆ ｈ ｈ ｈ ａ ｏ ｄ ｔ ｃｉ ｎ ｒｎ ｅ ｉ ｂ ａｎ ｄ Ｔｈ ｎ ｃ ｍｐ ｔｔ ｎ ａ ｄ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｅｅ ｔ ｎ ｒ ｎ ｅ ｉ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｄ Ｂｙ ａ ｏ ｔ ｇ ａ ５ ２ ｍ ｅ ｅ ｔ ａ ｇ ｓｏ ｔ ｉ ｅ ． ｅ ｏ ｕ ａ ｉ ｎ ｉ ｌｔ ｆｄ ｔ ｃｉ ａ ｇ ｓ ｍｐ ｅ ｎ ｅ ． ｄ ｐ ｉ ３ ｎ ｏ ｏ ｏ ｏ ｎ Ｎｄ ＹＡＧ ａ ｅ ， ｅｇｍａ ｅ Ｉ ： ｌｓｒ ｓｌ ｄ ＣＣＤ ａ ｒ ｎ ａ ｇ — ａ ｅ ｙ ｃｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｒ ａ ｅ ｎ Ｆ ＧＡ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｔ ｅｕ ｄ ｒ ａ ｅ ｃ ｍｅ ａａ ｄ ａｒ ｎ ｅ ｇ ｔ ｄ ｓ ｎ ｏ ｔｏ ａ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｐ ｂ ｔ ｈ ｌ ｇ ，ｈ ｎ ｅ ｅ ｗ ｔｒ ｌ ｓ ｒ ｉ ｇ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓ ｄ ｎ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌ ，ｗｈ ｃ ｎ ｉ ａｅ ｔ ａ ｈ ｖ ｒ ｇ ｒｏ ｆ Ｓ ａ ｅ ｍａ ｉ ｇ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｉ ｏ ｅ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕｔ ｓ ｉｈ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔ ｔ ｅ ａ ｅ ａ ｅ ｅｒ ｒ ｏ ＮＲ ｅ ｗｅ ｎ ｂｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｄ ｌ ｎ ｅ ｌ ｍａ ｅｉ ． ７ Ｂ， ｈ ｗ ｅｒ ｔ ｎ ｌ ｙ ｏ ｅＳ ｈ ｏ ｅｉ ｌ ｃ ｍｏ ｅ ｄ ｒ ａ ｇ １３ ｄ ｓ ｏ ｔ ｉ ａ ｉ ｆ ｈ ＮＲ ｄ １ ａ ｉ ｓ ｈ ａｏ ｔ ｔ ｍｏ ｅ． Ｋｅ ｒ ：ｉ ｇ ｎ ｓｅ ； ａ ｅ ； ａ ｇ — ａｅ ； ｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｉｅｒ ｔ ｙ ｗｏ ｄｓ ｍａ ｉ ｇｓ ｔｍｓ ｌ ｓ ｒ ｒｎ ｅ ｇ ｔｄ ｓｇ ａ — — ｏ ｓ ａｉ ｙ ｔ ｏ
光子计数激光测距技术研究
标探 测形 式 。
＝
（ １ ）
式（ ｉ ） 中， Ⅳ 是单 次激 光探 测 过 程 中探 测 器产 生 的
（ ２ ０ ０ ７ Ａ Ａ １ ２ Ｚ １ ０ ５ ） 、 上海技术物理研究所创新专项项 目 资助
第一作者简介 ： 侯 利冰 （ １ ９ ８ ６ ～） ， 男， 博 士研究 生。研 究方 向 ： 光子
计 数 激 光 雷 达 。Ｅ ． ｍａ ｉ ｌ ： ｈ ｌ ｂ ４ １ ０ ０ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
平均光电子数 ； Ｐ是 目标表面 的反射率 ； 是激光
雷 达与 目标之 间 的单 程大 气透 过率 ； ｙ ７ 是 激 光发 射 系统 光学 效率 ； 是激 光 接收 系 统光 学 效率 ； Ａ 是
一
技术优 势 和应用 潜力 。
光子计数激光测距 与线性探测体制一样 ， 都采
用 了直接 脉 冲探 测 的 方法 ， 通 过 记 录 发射 激 光 脉 冲
般 大 于激光 发散 角 ， 此处 采用 了激 光 雷 达 的面 目
和回波光子信号 的时问来实现 目标距离信 息的获
取 。光 子计 数激 光 测距 技 术 采 用 高重 频 、 低 能量 的
新型激 光测 距技 术 的研 究 工 作 ， 光 子计 数 激 光 测距 技术便 是 其 中之 一 。以 美 国 Ｎ Ａ Ｓ Ａｌ １ Ｊ 、 ＭＩ Ｔ林 肯 实 验室 为代 表 的 国外 多 家 研 究 机 构 已经 在 光 子计 数 激光 测距 领域 展 开 了多 年 的 研究 工 作 ， 研 制 出 了
关键词
距离选通水下激光成像作用距离简化核算方法
第５１卷 第３期 激光与红外Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．３ ２０２１年３月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤＭａｒｃｈ，２０２１ 文章编号：１００１ ５０７８（２０２１）０３ ０３０６ ０５·激光应用技术·距离选通水下激光成像作用距离简化核算方法付学志１，王庆胜１，邓代竹２，李 季２（１．９２２２８部队，北京１０２４８８；２．湖北久之洋红外系统股份有限公司，湖北武汉４３０２２３）摘 要：距离选通水下激光成像技术通过控制成像模块的阴极快门时间，从时域上屏蔽大部分可进入成像模块的光信号，能有效抑制水体后向散射对激光成像系统探测性能的影响，提高作用距离。
距离选通水下激光成像设备的作用距离与水质条件有关，文章给出了一种关于作用距离的有效简化计算方法，根据该方法，可得出设备在不同水质的作用距离。
关键词：距离选通；激光成像；后向散射；作用距离中图分类号：ＴＮ２４９ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０７８．２０２１．０３．００８ＡｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｄｉｓｔａｎｃｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｌａｓｅｒｉｍａｇｉｎｇｕｎｄｅｒｗａｔｅｒＦＵＸｕｅ ｚｈｉ１，ＷＡＮＧＱｉｎｇ ｓｈｅｎｇ１，ＤＥＮＧＤａｉ ｚｈｕ２，ＬＩＪｉ２（１．Ｕｎｉｔ９２２２８ｏｆＰＬＡ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２４８８，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕｂｅｉＪｉｕｚｈｉｙａｎｇＩｎｆｒａｒｅｄＳｙｓｔｅｍＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｗｕｈａｎ４３０２２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｓｈｕｔｔｅｒｔｉｍｅｏｆｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｍｏｄｕｌｅａｎｄｓｈｉｅｌｄｉｎｇｍｏｓｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｉｇｎａｌｓｔｈａｔｃａｎｅｎｔｅｒｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｍｏｄｕｌｅｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ，ｔｈｅｌａｓｅｒｒａｎｇｅｇａｔｅｄｉｍａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｉｎ ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂａｃｋ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｏｆｗａｔｅｒｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｒａｎｇｅ．Ｔｈｅｏｐ ｅｒａｔｉｎｇｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｇａｔｅｄｉｍａｇｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｅｆ ｆｅｃｔｉｖｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｒａｎｇｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｗｈｉｃｈｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｎｇｅｇａｔｅｄ；ｌａｓｅｒｉｍａｇｅ；ｂａｃｋ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；ｏｐｅｒａｔｉｎｇｒａｎｇｅ作者简介：付学志（１９８２－），男，工程师，博士，研究方向为光学图像处理。
激光测距实验报告
有关“激光测距”的实验报告有关“激光测距”的实验报告如下：一、实验目的本实验旨在通过激光测距的方法，测量目标物体与测距仪之间的距离，并验证激光测距的原理及精度。
二、实验原理1.激光测距的基本原理是利用激光的快速、单色、相干性好等特点，通过测量激光发射器发出激光信号到目标物体再反射回来的时间，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
具体而言，激光测距仪通常采用脉冲法或相位法进行测距。
2.脉冲法测距是通过测量激光发射器发出激光脉冲信号到目标物体再反射回来的时间，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
其计算公式为：d=2c×t，其中d为目标物体与测距仪之间的距离，c为光速，t为激光脉冲信号往返时间。
3.相位法测距则是通过测量调制后的激光信号在目标物体上反射后与原信号的相位差，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
其计算公式为：d=2×Δφλ，其中λ为调制波长，Δφ为相位差。
三、实验步骤1.准备实验器材：激光测距仪、标定板、尺子、三脚架等。
2.将标定板放置在平整的地面上，用三脚架固定激光测距仪，调整激光测距仪的高度和角度，使激光束对准标定板中心。
3.按下激光测距仪的测量按钮，记录标定板的距离读数。
4.用尺子测量标定板的实际距离，并与激光测距仪的读数进行比较。
5.重复步骤3和4多次，记录数据并分析误差。
四、实验结果与分析1.激光测距仪的测量精度较高，误差在±1cm以内。
2.在不同距离下，激光测距仪的误差略有不同，但总体来说表现良好。
3.在实际应用中，需要注意环境因素对激光测距的影响，如烟雾、尘埃等可能会影响激光信号的传播和反射。
五、结论与展望本实验通过激光测距的方法测量了目标物体与测距仪之间的距离，验证了激光测距的原理及精度。
实验结果表明，激光测距仪具有较高的测量精度和可靠性，适用于各种需要高精度距离测量的场合。
未来，随着技术的不断发展，激光测距的应用领域将更加广泛，如无人驾驶、机器人导航、地形测绘等。
激光测距系统的设计
编号： 20150107017本科毕业论文（设计）激光测距系统的设计Design of laser ranging system姓名张亚星学院信息工程学院专业测控技术与仪器班级2011级测控1班学号**********指导教师郝允慧讲师2015 年 6 月 2 日激光测距系统的设计【摘要】激光测距是对激光技术、计算机技术等多门技术的综合运用，因此集多种技术的优点于一身，比光学测距技术更精密。
随着激光技术的日益成熟，激光测距的精度越来越高，应用得到不断推广，逐步扩展到国民生活的各个方面，在军事上也得到广泛的应用。
本文介绍了激光测距的三种方法，重点阐述了相位式激光测距的原理，着重介绍了相位式激光测距系统的电路组成，包括回波接收电路、数据采集及显示电路、激光发射电路等。
在此测距系统中采用了自动数字测相的方法，从而有效的提高了测相的精度。
每个系统都会或多或少产生误差，为了减小系统误差，对系统误差进行分析，并提出最佳解决方案，再次检测系统误差最终被控制在允许范围内。
【关键词】激光测距相位测量自动数字测相Design of laser ranging system[Abstract]The laser ranging is a technology for precision measurement, it is developing along with the development of the laser technology, which is extensively used in the military field and the civil field because of the good accuracy. Laser has a strong directional, high brightness, good monochromaticity, suitable as a light source of photoelectric distance measurement The laser ranging is comprehensive application of various technologies, for example the optics, laser technology, precise machinery, electronics, calculate technology and photoelectron etc. Along with the development of laser technology, digital and electronic technology, and integrated circuit, the laser ranging is developing to digitalize, automation and small-sized portable direction.This paper introduced a few methods of laser ranging. For example, phase laser range finding, the laser triangle measure pulse laser measures, etc. This design introduced the theory of phase laser range finding and expatiated the circuit forms of phase type laser range finding system. The system included the emitting circuit of the laser, receiving circuit, data acquisition circuit and shows electric circuit etc. This range finding system has adopted a method of the auto numeral phase-detection, and then improves the precision for measurement.Finally, the system generated is theoretically analyzed, and specific solutions are introduced. The deficiencies of the system are analyzed and the work to be carried out after that is given.[Keywords]laser range phase measurement the auto numeral phase-detection目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1 课题背景 (2)1.2 激光测距技术的优点 (2)1.3 激光测距技术的发展 (2)1.4 本课题研究的主要内容 (4)第2章激光测距的原理 (5)2.1 激光测距原理的介绍 (5)2.2 激光测距方法综述 (5)第3章相位式激光测距系统的设计 (8)3.1 设计方案的拟定 (8)3.2 基本公式及频率选择 (9)3.3 发射系统设计 (10)3.4 接收系统设计 (14)第4章数据处理与误差分析 (24)4.1 数据采集与显示电路设计 (24)4.2 程序实现 (29)4.3 误差分析 (30)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (34)附录Ⅰ：英文原文 (37)附录Ⅱ：译文 (44)附录Ⅲ：电路图 (49)引言光波早在人类以前就已经存在，自从有了人类以后，光波最早不被发现，直到人类技术逐步先进，光波才被利用。
距离多普勒成像算法分析
距离多普勒成像算法分析距离多普勒（Range-Doppler，RD）算法是SAR成像处理中最直观，最基本的经典方法，目前在许多模式的SAR，尤其是正侧视SAR的成像处理中仍然广为使用，它可以理解为时域相关算法的演变。
一、距离迁移距离迁移是合成孔径雷达成像中的一个重要问题，产生的原因是SAR载机与照相目标间的相对运动。
随着载机的运动，对地面某一静止的目标来说，其与雷达载机间的距离不断变化，如图1。
而雷达将距离量化为距离门，随着载机运动，同一点目标在雷达接收机中位于不同的距离门，即随着载机平台的移动，目标与雷达间的距离变化超过一个距离单元时，目标的回波就分散于相邻的几个距离门内。
图1 雷达与点目标距离变化二、处理方法距离迁移的存在使方位向处理成为一个二维处理，即使回波信号在距离向和方位向上产生耦合。
成像处理的基本思想是将二维处理分解为两个级联的一维处理。
距离向直接将接受到的回波信号进行脉冲压缩即可，但在方位向处理，由于距离迁移现象的存在，是同一点目标回波位于不同的距离门内，不能直接进行压缩处理。
图2表示对某点目标回波进行距离压缩向后，方位向压缩前的图像，可以看出不同方位向的信号是按照距离迁移曲线排列的。
图2 点目标一维距离向压缩后图像为了使方位向也可以进行压缩处理，距离压缩后的图像应进行距离迁移校正，将距离压缩后的信号压缩为图3所示。
图3 距离校正后图像最后再进行方位向压缩，处理后如图4，得到一个点目标。
图4 方位向压缩后图像以下对距离迁移做理论分析。
设合成孔径时间中点为0t t =，将雷达与目标的瞬时距离()r t 按泰勒公式展开，取前三项：00''2001()()()()()2t t t t r t r t t t r t t t ==≈⎪-+⎪-引起的回波相位变化为：24()()c tr t t ππφλλ-∙∆-==这个相位称为多普勒相位。
它的一阶导数为多普勒中心频率dc f ，二阶导数为多普勒调频率dr f ，故有：0200()()()()24dct t f fdrr t r t t t t t λλ=≈⎪----()r t 与0()t t r t =⎪的差值是t 时刻相对与0t 时刻相对于0t 时刻的距离变化量，也就是距离迁移量。
激光测距仪光学系统设计及目标漫反射特性研究
1 绪论1.1 引言距离的测量对国防建设和国民经济的发展都有重要意义。
在现代战争中，飞机、坦克、舰船、火炮以及各种轻武器上都装备了激光测距系统，这为有效打击目标提供了保证；在民用方面，气象台站、机场要求掌握云层高度；大地测量、工程建筑、大型堤坝变形的监测等要求测距精度不断提高；还有通过远程测距及卫星测距来研究大地板块的移动、预报地震、研究地球形状、地极移动、地球重力场的变化等。
尤其是随着社会的发展,在自动化测试、控制、制造等许多领域中,为了实现自动与自治，需要精确测量被测物与测头中心点之间的绝对距离,如自动制造业中工件的自动拾取、放置、装配、检测和包装等等，这些都属于精密测距，这就为测距仪的设计提出了更高的要求。
激光测距是随着激光技术的出现发展而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的精确度特性而广泛的应用在军事和民用领域。
激光测距仪按照测程来分[1]，大致可以分为三大类：（1）短程激光测距仪，测程5公里以内，适用于短程精密测量；（2）中程或中长程激光测距仪，测程从5公里到几十公里。
适用于大地控制测量、地震预报观测等；（3）远程及超远程激光测距仪，用于导弹、人造地球卫星、月球等空间目标的距离测量。
按照测距方法来分，常用的有脉冲式激光测距法和相位式激光测距法。
脉冲式激光测距利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点，可实现大的测程，但精度不是很高。
为了进一步提高测距精度，需要采用连续波激光相位测距法。
激光相位测距又分为有合作目标和无合作目标[2]，所谓无合作目标就是直接接收物体的漫反射光而确定距离。
在以前的相位式激光测距中，由于激光器的发射功率小而往往安放合作目标。
但是随着社会的发展,在许多领域都需要精密测距，且不易安放合作目标。
随着激光器，特别是半导体激光器的发展，其发射功率的提高，使得用于无合作目标的高精度激光测距成为了可能，并且受到了越来越广泛的应用和关注。
1.2 激光测距及半导体激光器准直技术的国内外研究概况1960年世界上第一台激光器问世，1961年第一套激光测距系统就出现了[3]。
激光测距论文
目录摘要一.激光传感器的简单介绍及其优点二.激光测距传感器原理及应用2.1.传输时间激光距离传感器的发展2.2 测距传感器的工作原理2.3.应用实例2.3.1、测量传送带上箱子的宽度2.3.2、保护液压成型冲模2.3.3、二轴起重机定位三.激光测距传感器在激光测距望远镜中的应用3.1.激光测距望远镜基本结构与性能3.2.主要性能参数3.3.功能描述四,结束语参考文献摘要:激光传感器已经广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等各方面，激光传感器正以自己独特的优势焕发勃勃生机,本文简单介绍了激光测距传感器工作的原理和应用。
一、激光传感器简单介绍及其优点激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。
它由激光器、激光检测器和测量电路组成。
激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
激光具有4个重要特性：（1）高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米；（2）高单色性，激光的频率宽度比普通光小10倍以上；（3）高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度。
（4）高相干性，两束光交迭时，产生明暗相间懂得条纹（单色光）或彩色条纹（自然光）的现象称为光的干涉。
只有频率和振动方向相同，周相相等或周相差恒定的两束光才具有相干性。
应用——利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。
激光传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。
二、激光测距传感器原理及应用激光测距的原理它的原理与无线电雷达相同，将激光对准目标发射出去后，测量它的往返时间，再乘以光速即得到往返距离。
由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于测远距离、判定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度等都是很关键的，因此激光测距仪日益受到重视。
在激光测距仪基础上发展起来的激光雷达不仅能测距，而且还可以测目标方位、运运速度和加速度等，已成功地用于人造卫星的测距和跟踪，例如采用红宝石激光器的激光雷达，测距范围为500～2000公里,误差仅几米。
激光测距论文
摘要激光测距技术是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的测距性能而广泛应用在军事和民用领域。
激光测距方法从原理上主要分为相位法测距和脉冲法测距两种。
本文将脉冲激光测距和相位激光测距进行了原理分析与比较,根据课题设计需要选择了测程远、精度高、成本低且结构简单的脉冲激光测距作为设计方法。
本文对组成脉冲激光测距系统的几个重要单元电路做了深入研究。
主要包括激光发射电路、激光接收电路、高精度时间测量电路、单片机以及LCD显示。
在发射电路中采用集成芯片LM555和74LS123设计的窄脉冲发生电路。
在接收电路中对回波信号的放大、滤波、整形和时刻鉴别进行了分析和研究，对已有的时刻鉴别电路做了对比与选择,设计了前沿时刻鉴别电路,有效地减小了由于幅度的随机抖动而引起的误差。
脉冲飞行时间测量精度直接影响着脉冲激光测距系统的整体测距精度,因此在高精度计时电路中采用了高精度计时芯片TDC—GP2测量脉冲飞行时间,不仅使电路结构变得简单,而且有效地提高了计时精度。
关键词：激光测距；脉冲法；发射电路；接收电路；高精度计时ABSTRACTWith the development of laser technology，laser ranging becomes a new precise measurement technology, and is extensively used in the military and civil field for its high accuracy.The laser range finder is divided into pulse and phase two types at present.This paper analyzed the pulse laser range finder and phase laser range finder，chose the pulse laser range finder as the research method because of high precision，low cost and simple structure.The paper had been done deeply study of pulse laser measuring system, mainly including the laser emitting circuit, the laser receiving circuit, the high precision time measurement circuit,single chip and LCD display. The narrow pulse generating circuit was designed using LM555 and 74LS123 integrated chip in the emitting circuit.In the receiving circuit analyzed and studied for the signal of echo amplification, filtering, shaping and time identify circuit，cutting edge moment discrimination circuit are designed to reduce the error of due to amplitude random jitter by comparison and selection the existing time discrimination circuit.Pulse time of flight measurement accuracy directly affects the whole measurement of the pulse laser ranging system accuracy, so high precision time measurement chip TDC—GP2 is used measurement pulsed time of flight in the high precision time measurement circuit.It not only makes the circuit structure become simple but also improves accuracy.Key words：Laser range finder；Pulse method；Emitting circuit；Receiving circuit；High precision time measurement目录第一章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2国外研究现状 (2)1.3课题研究容 (3)第二章激光测距系统理论分析与设计 (4)2.1激光技术 (4)2.1.1激光简介 (4)2.1.2激光及其产生 (6)2.1.3激光的特性 (8)2.1.4激光器的基本组成 (9)2.1.5激光器的种类 (10)2.1.6激光器的选择 (11)2.1.7半导体激光二极管的特性 (12)2.2激光测距原理 (15)2.2.1相位法激光测距 (15)2.2.2脉冲法激光测距 (17)2.2.3两种测距方式的性能分析及其对比 (19)2.2.4激光测距的要求与方法的选择 (20)第三章系统总体方案与电路设计 (21)3.1系统总体方案 (21)3.1.1系统基本组成 (21)3.1.2系统工作流程 (22)3.2系统电路的设计 (23)3.2.1激光发射电路的设计 (23)3.2.1.1窄脉冲发生电路 (23)3.2.1.2激光驱动电路 (28)3.2.1.3半导体激光器 (31)3.2.2激光接收电路的设计 (32)3.2.2.1接收光路 (32)3.2.2.2光电探测器 (34)3.2.2.3放大电路 (37)3.2.2.4比较整形电路 (41)3.2.2.5时刻鉴别电路 (43)3.2.2.6高压产生电路 (45)3.2.3高精度计时电路 (47)第四章单片机与液晶显示 (51)4.1单片机 (51)4.1.1 AT89C51简介 (52)4.1.2 AT89C51主要特性 (52)4.1.2 AT89C51引脚说明 (53)4.1.3 AT89C51外围电路 (55)4.2液晶显示 (55)4.2.1 LM016L简介 (56)4.2.2 LM016L引脚说明 (56)4.2.2 LM016L外围电路 (57)第五章总结 (57)致 (59)参考文献 (60)附录一激光测距仪程序框图 (61)附录二激光测距仪程序 (62)第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的不断发展，人们在民用和军事领域对距离测量的需求日益增加。
测量范围可调的高精度激光相位测距系统研究
测量范围可调的高精度激光相位测距系统研究摘要:提出了距离范围可调的高精度激光相位测距系统的研究方法。
系统采用脉冲测距方法预测距离范围,定位目标后,运用多个辅助频率激光相位测距技术进行精确测距。
系统内外接收电路独立分开,并采用了自动数字测相技术,达到了高精度,测量范围可调的实际要求。
关键词:激光技术相位测距测量范围可调高精度1 引言激光测距技术分为脉冲激光测距技术和相位激光测距技术两大类。
脉冲激光测距是通过对发射信号和接收信号的时间间隔的测量来进行测距的,由于激光的传播速度极快,且高频的脉冲产生电路和计时电路的技术存在瓶颈,使得很小的时间延迟就会造成较大的距离误差,测距分辨率只能达到厘米级,适合于远距离测量。
相位激光测距采用连续波对激光进行调制,通过对调制波在被测目标传播时相位变化的计算间接测量时间间隔,测距精度可以达到毫米级,单频率工作模式下,测量范围有限,适合于近距离测量。
本文在详细分析两种测距技术的基础上,结合两种测距技术的特点,设计了测量范围可调的高精度激光相位测距系统,系统的原理图如图1所示。
通过图1可以看出:激光相位测距系统的测量精度所受到的影响因数很多[4]:激光器的稳定性;激光信号在传播的过程中所受到的噪声起伏不定;光电信号的转换速率;信号在器件中的传递延时;器件的反应延时等。
目前,对于激光测距技术的研究方向性明确,大多是基于特定的测距方法,从提高测量精度的角度出发,然而,上述两种测距技术都有其局限性,适用场合也不相同,综合分析了两种测距技术,设计了测量范围可调的的高精度激光相位测距系统。
2 系统分析2.1 系统的工作原理激光测量技术已经成为了中长远距离测量领域的主要技术之一,测量范围可调的高精度激光相位测距系统结合了脉冲测距和相位测距的特点,其工作原理为:单片机控制系统发出指令启动脉冲激光器驱动电路,脉冲激光器向着目标发射激光,一部分激光经分光装置进入内接收电路,经PIN光电转换后,作为脉冲测距电路的开始信号,另一部分激光经目标反射后进入外接收电路,经APD光电转换后,作为脉冲测距电路的停止信号,进而完成了系统预测距离工作;距离信息生成后传递至控制系统,控制系统瞬时转换内外接收电路开关至检相双稳态触发器,并关闭脉冲激光器,同时依据距离范围启动多频率选择模块(本系统为3频段选频),控制系统再发出指令启动连续激光器驱动电路,此时,系统进入高精度激光相位测距阶段,进而完成了目标距离的高精度测量。
热成像系统点目标探测距离分析
Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｃ ｏ ｎｇ ｆ Ｔｈ ｒ ａ ｍ ａ ｉ ａ ｙ ｉ ｎ Ｄｅ ｅ ｔ ｎ Ｒａ ｅ ｏ ｅ ｍ ｌ Ｉ ｇ ｎｇ ｉ Ｓ ｓ ｍ ｏ ｉ ｔ Ｔａ ｇ ｔ ｙｔ ｅ ｆ ｒ Ｐｏ ｎ ｒ ｅ
总体性能、 被探测 目标、 环境对于探测 的综合影 响。 随着热成像系统在各个领域 的广泛应用 ， 了更准 为 确、 更全面地研究热成像系统 ， 探测距离的研究也越
来越多。 ２ 点 目标 探测 距离 方程 推导 与修正
科洛勃罗多夫最大作用距离模型公式如式 （ ） １
所 ｔ ｍ ｅｌ ｂ ｒ ｔｒ ｅ ｕ ｅ ． Ａ ｄ ｔ ｔ ｎ ｒ ｎ ｅ ｃ ｌ ｕａｉ ｎ ｅ ａ ｌ ｓ ｇｖ ｎ ｂ ｆ ｅ ｌｔ ｎ ｓ ｓ ｉ ｅ ｉ ｔ ｏ ａｏ ｙ ｉ ｄ ｎｈ ａ ｓ ｄ ｃ ｄ ｅ ｅ ｉ ａ ｇ ａｃ ｌ ｔ ｘ ｍｐ ｅ ｉ ｉｅ ｙ Ｃ＃ ａ ｄ Ｍａｌｂ ｃ ｏ ｏ ｎ ｔ ａ ｐ ｏ ｒ ｍ．Ｔ ｅ ｍｅ ｏ ｓｕ ｅ ｏ ｒ ｃ ｓ ｎ ｖ ｕ ｔ ｎ ｏ ｔ ｅ ｍａ ｍａ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｆ ｒｐ ｉ ｔ ａ ｇ ｔｐ ｒｏｍａ ｃ ． ｒｇａ ｈ ｔ ｄ ｉ ｓ ｄ ｆ ｒｆ ｅ ａ ｔａ ｄ ｅ ａ ａ ｏ ｆ ｒ ｌｉ ｇｎ ｙ ｔ ｍ ｏ ｎ ｒｅ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｈ ｏ ｌ ｉ ｈ ｏ ｔ
Ｗ ＡＮ Ｙｉ ｇ ＡＮ Ｃ ｅ ｇ ｂ ｎ ｎ ， ｈ ｎ — ｉ
（ ｏ ｈＣ ｉａＲ ｓａｃ ｓ ｔ ｅｏ ｌｃ ｏｏｔ ｓ Ｂ ｉｎ ００ ５ Ｃ ｉａ Ｎ ｒ ｈｎ ｅｅｒｈＩ ｔｕ Ｅｅｔ －ｐ ｃ ， ｅ ｉｇ１０ １ ， ｈ ） ｔ ｎｉ ｔ ｆ ｒ ｉ ｊ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｅ ｕ ｔ ｎｏ ｄ ｔ ｔ ｎｒｎ ｅｏ ｔｅｍａ ｇｎ ｙｔｍ ｒ ｏｎ ｒｅ ｅ ｕ ｅ ｎ ｏｒｃｅ ．Ｔ ｓ ｃ ｒ ｓｒ ｃ ： ｑ ａ ｏ ｆ ｅｅ ｉ ａ ｇ ｆ ｈ ｒ ｌ ｍａ ｉｇｓ ｓ ｉ ｃ ｏ ｉ ｅ ｆ ｉｔｔ ｇｔｉ ｄ ｄ ｃ ｄａ ｄ ｃｒｅ ｔ ｏｐ ａ ｓ ｄ ｅｔ ｏ ｙ ｈ ｔ
激光测距原理
则L 2N S C m fT
S Cm 2N fT
式中m：计数器在N个周期中所计的总晶振脉冲个数。
例 ： 设 N=150 ， fT=100MHz ， C=3×108m/s ， 则 当 m=1 时 ， 多
脉冲测量时的最小脉冲正量为：
多
S m1
3108 1 2 150100106
0.01m ;
Kt
Kr
Ar
e2
At AS
1 Pmin
结论：
1、激光发射能量大对测距有利：
若已知脉冲激光单脉冲能量E（J），和脉宽τ（s），则 可由下式求其峰值功率Pt。
Pt=Et/τ 例：对YAG激光器：已知τ=5ns=5×10-9sec，
Et=10mJ=10×10-3J
则Pt
10103 5 109
2 106 W 2MW
2wf
在出窗探测系统中，光敏面置于象面处，设光电探测器 的光敏面为φ0，一般取：φ≤0.8φ0
即2wfˊ≤0.8φ0， 所以ƒ´≤ 0.80
2
又因为：D f
D .8 0
2D 或D 0.80 D f
0.8 0
2
2
注意：D f 越大，接收能量越多，但光学系统象差愈难校正。
例：若取 D f 1，5 雪崩二极管光敏面直径为：φ0 =1mm
附注：几个概念 （1）*立体角（Ω）的概念：（如图9-2）
ds R 2（球面度）
图9-2
（2）一点光光源向三维空间幅射的立体角为：
球面积
4R 2
4
R2
R2
（3）一点光源以小孔径角（u）幅射的立体角ω：
因为u很小，可将球面以圆面积代替
圆面积 r 2 uR2 u 2 （球面度）
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比门限值( R S, N ) 是眼睛或大脑在发现门限值时从图 像中感知到的一个大约的信噪比值, 它取决于目标 特征和噪声特征。通常眼睛或大脑发现信噪比大约 为 2. 25( 7 dB) , NVFSD[ 6] 认为 2. 5( 8 dB) 是一个合 理的 平 均 值。综 上 所 述 , 可 以 取 门 限 值 R S, N 在 2. 25~ 2. 5 之间 ( 7~ 8 dB) 。因此将式 ( 9) 写成如下 形式: R 2 exp ( 2
r
4
最大探测距离计算与仿真
实验中 激光 器工 作波 长 为 0. 532 m, Basler
为接收
系统的工作效率。相机成像焦平面上的辐照度由式
201b 接收相机镜头直径 D = 80 m m, 焦距 f = 10~
611
SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS
Vol. 29 No. 4
2
FM T P t t 2 I NE 2 R 4
GC r T lens T 2 atm 4F2 #
( 8)
R) =
F MT P t CT lens t 2 2 I NE F # R S, N
r
( 9)
P t t T atm S( R )
2 2
( 1)
式 ( 9) 即为激光主动成像系统的作用距离方程。
摘 要 : 为了计算激光主动成像系统的探测距离, 借助于激光照明模型, 根据成像过程中影 响系统成像质量的因素, 推导了激光主动成像系统的探测距离方程。 根据相机发现识别目标所需 要的信噪比阈值 , 脉冲激光器 、 ICCD 接收器的性能指标, 大气消光系数等参数, 估计了激光主动成 像系统的最大探测距离。 利用工作波长为 0. 532 m 的固体激光器 , Basler 201b 相机 , 以及基于 CP L D 技术设计的距离选通同步控制板, 进行了主动成像实验 , 并对系统最大距离方程进行了仿真 与验证。 关键词 : 主动成像 ; 距离选通; 信噪比; 探测距离 文献标识码 : A 文章编号 : 1001- 5868( 2008) 04- 0610- 03 中图分类号 : T N249
=
W/ mm , 反射率为 10% 的漫反 Pt R) = 1260 2
射目标。代入以上参数, 则可以得到如下表达式: R 2 ex p( 2
ext
( 11)
公式 ( 11) 给出 了系统的最大探测距离与激光 器功 率、 光束发散角以及大气消光系数的关系。图 2 为 用 MAT L AB 模拟得到的最大探测距离和激光器功 率 P t 之间的关系曲线, 图 3 为最大探测距离和激光 束宽度的关系曲线。
1
引言
激光主动成像系统的工作原理与激光雷达基本
和回波信号在大气路径传输的过程中, 由于大气的 衰减, 目标的反射 , 背景辐射 , 大气悬浮微粒的后向 散射, 都会影响系统的成像性能 , 从而减小系统的探 测距离和对目标的识别能力 [ 1~ 3] 。 为了正确而有效地计算激光主动成像系统的作 用距离 , 本文通过分析目标与背景的辐射特性、 大气 对激光能量的吸收特性 , 以及激光发射器和接收器 的性能 , 然后综合考虑系统整体工作情况 , 建立了激 光主动成像系统的作用距离方程。利用成像系统探 测器信噪比阈值, 进行最大探测距离的运算。
Abstract:
In order to co mput e the det ect ion rang e of laser act ive imaging system, t he range
equat ion is derived by using laser illuminating model and co nsidering facto rs w hich inf luence syst em imag ing quality . Based on t he signal noise rat io t hreshold of camera reco gnizing t arget, perf ormance of pulsed laser and ICCD cam era and at mosphere ext inct io n coeff icient , the maxim um det ect io n rang e of sy st em is est imated. M aking use o f solid laser w it h 0. 532 m operat ion w avelengt h, Basler 201b camera, sync co nt ro l r ange gat ing plat e based on CP LD technolog y, f inally t he m aximum det ect io n rang e equat ion is emulat ed and verif ied. Key words: act ive imag ing; range g ating; sig nal noise rat io ; det ect ion r ange
图4
连续激光照明成像图像 ( a) 和脉冲激 光照明 成像图 像 ( 距离选通 ) ( b)
参考文献:
[ 1] [ 2] 徐效文 , 于前洋 . 一种改进的 激光距 离选通成 像系 统 [ J] . 激光与红外 , 2004, 34( 1) : 3 - 5. Lar ochelle V. T w o g eneratio ns of Canadian activ e imaging systems: A L BEDO S and EL EVI SS[ J] . P roc. SP IE, 1999, 3 698: 229 - 243. [ 3] [ 4] 周立伟 . 目标探测与 识别 [ M ] . 北京 : 北 京理 工大 学 出版社 , 2002. 13 - 18. Steinv all O, O lsson H . G ated v iewing for targ et detectio n and targ et recog nition[ J] . Pr oc. SPI E, 1999, 3 707: 432 - 448. [ 5] Bakera I M , D uncanb S S, Copley b J W . A low noise, laser - g ated imag ing sy stem fo r long range targ et identificat ion[ J] . P roc. SPIE, 2004, 5 406: 133 -144. [ 6] 杨秉新 . T DICCD 相机的信噪比的研究 [ J] . 航天返 回 与遥感 , 2005, 26( 2) : 229 -243.
相同。系统采用激光器作为照明光源, 辐射脉冲照 亮目标, 利用接收系统来接收探测目标反射回的光 辐射并最后成像。主动成像的工作方式克服了被动 成像系统易受环境光源影响的缺点 , 但是激光光束
收稿日期 : 2007- 08- 02. 基金项目 : 中国科学院长春光学精密机械与物理研究 所二期 创新基金资助项目 ( 60575025) . 610
Aug. 2008
200 mm , 则 F # = 0. 125~ 2. 5( 取 F # = 2) , F MT = 0 3, T lens = 0. 7, 其他参数 依次为 C = 0. 33, R 2 5, I NE = 7 10
- 15 2 th S, N
( 1) 在激光光束发散角和大气消光系数一定的 情况下 , 最大探测距离随着激光功率的增加而增加。 但是激光功率 的增加也同时增大了后 向散射能量 ( 如图 4( a) , 拖尾现象较严重 ) , 容易造成探测器的 接收能量饱和, 从而无法得到清晰图像。因此可利 用这一特点 , 计算某一探测距离下的最佳激光功率 值; ( 2) 在 激光功率和 大气消光 系数一定 的情况 下 , 最大探测距离随着激光光束发散角的增大而减 小。而且仿真和实验证明 , 激光光束发散角对探测 距离的影响要比激光功率的影响大。
Study on Detection Range Equation of Laser Active Imaging System
PAN G Chun - ying 1, 2, 3 , ZH ANG T ao 1
( 1. Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, CHN; 2. Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, CHN; 3. Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, CHN)
SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS
Vol. 29 No. 主动成像系统探测距离方程的研究
庞春颖1, 2, 3 , 张 涛1
( 1. 长春光学精密机械与物理 研究所 , 吉林 长春 130033; 2. 中国科学院研究生院 , 北京 100039; 3. 长春理工大学 , 吉林 长春 130022)
ext
ii
c
d
e
图中假设漫反射目标在
立体角内部反 射能
量, 照明光束为高斯分布 , 激光强度分布均匀, 发射 的激光脉冲功率为 P t , t p 为激光脉冲的时间宽度 , T atm 为激光波段的大气透过率。在距离 R 处 , 激光 的照射面积为 S ( R ) , 则目标辐射照度 I target ( 单位 : W/ m 2 ) , 由式 ( 1) 给出 ( 这里没有考虑发光面与受光 面的法线与距离 R 方向的夹角 , 因为激光束的发散 角较小) : I target = 这里 ,