激光测距非常详细
激光测距(非常详细)
一、激光测距方程
1、从测距仪发射的激光到达目标上的激光功率 1）对于点目标，目标面积小于激光照亮面积：
Pt Pt Kt At T / As 1
Pt——激光发射功率（W）
Tα ——大气单程透过率 Kt——发射光学系统透过率 At——目标面积（m2） As——光在目标处照射的面积（m2）
d ct 2
测距方法分类
脉冲测距法：测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光 脉冲回到测距仪接收系统，测量其发射和接收光脉冲的时 间间隔，即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t。脉冲法 测距精度大多为米的量级； 相位测距法：它是通过测量连续调制的光波在待测距离上 往返传播所发生的相位变化，间接测量时间t。这种方法测
我国卫星测距站
卫星激光测距应用
卫星激光测距（Satellite Laser Ranging：SLR）是
随着现代激光、光电子学、 计算机和空间科学发展而建立
起来的一门崭新观测技术。由于它具有独特的测距方式和 较高的测量精度,已在地学领域广泛应用。目前,其观测资 料已可用于地球物理学、地球动力学、大地测量学、天文 学和地震预报等多种学科。
2、小的激光发散角： 措施：增大扩束准直系统的角放大率。 3、高透过率光学系统；
4、大的接收孔径角；
5、大目标对测距有利； 6、高灵敏度探测器。
二、光电读数
1 1 N 1 因为 s ct c f ( fT 为晶振频率;T ) T 2 2 fT 测距仪的最小脉冲正量δ为：
令N=1
SPAD
接收望远镜
箱
测距精度与激光脉宽
测距精度是由于激光脉冲前后沿时间差造成的； 因此激光脉冲宽度影响测距精度： L C t
高精度激光测距技术在测绘中的应用
高精度激光测距技术在测绘中的应用激光测距技术是一种通过测量激光光束在空气中传播所需的时间来计算距离的方法。
它被广泛用于测绘领域，因为其高精度和快速测量的特点使其成为测量地理数据的理想工具。
本文将介绍高精度激光测距技术在测绘中的应用，并探讨其在该领域中的优缺点。
首先，高精度激光测距技术在地形测绘中有着广泛的应用。
地形测绘是指对地球表面的形态、地貌和地势进行测量和描述的过程。
传统的地形测绘方法通常需要使用测距仪或全站仪进行测量，然后进行数据处理和分析。
这一过程通常耗时且存在较大的误差。
而高精度激光测距技术可以通过使用激光测距仪直接测量地面上的点，实现对地形的快速和准确测量。
这种方法不仅能够提高测量的准确性，还可以大幅度提高测绘作业的效率。
其次，高精度激光测距技术在城市规划和建设中也扮演着重要的角色。
城市规划和建设需要对城市中的建筑物、道路和其他基础设施进行详细的测量和描述。
传统的测绘方法常常需要对建筑物进行手工测量，耗时且易出错。
而高精度激光测距技术可以通过激光扫描仪快速获取建筑物的三维模型，不仅精度高，而且节省了大量的时间和人力。
此外，激光测距技术还可以用于道路测量，通过测量道路的几何参数，可以实现对道路的精确规划和设计。
除了用于地形测绘和城市规划，高精度激光测距技术还广泛应用于地下管线测绘。
地下管线包括供水管道、电力线和通信线等，这些管道的位置和深度对于城市建设和维护非常重要。
传统的地下管线测绘方法需要通过探测器和金属探测仪等工具进行测量，并存在一定的误差。
而激光测距技术可以通过激光扫描仪直接扫描地下管道，快速获得其位置和深度等信息。
这项技术具有高精度和非接触测量的特点，能够提高地下管线测绘的准确性和效率。
然而，高精度激光测距技术在测绘中也存在一些限制和挑战。
首先，其设备价格较高，对于一些小型测绘公司来说可能难以承担。
其次，由于激光测距技术对环境光的干扰比较敏感，所以在野外测量时需要特殊的光线控制措施，如使用测量棚、消光器等。
激光测距
激光在军事中的应用激光测距激光测距技术出现于20世纪60年代中期，最早在航空、航天中得到应用、随着激光技术和数字处理技术的发展，由于其优异的性能得到了广泛的应用。
激光测距（laser distance measuring）是以激光器作为光源进行测距。
根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。
氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；双异质砷化镓半导体激光器，用于红外测距；红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。
激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。
激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定(又称激光测距)的仪器。
激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。
激光测距有脉冲法、相位法和脉冲—相位法。
脉冲法准确度低，相位法准确度高1.脉冲法测距过程：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。
光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。
脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。
另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。
原理：测距机发射矩形波激光脉冲，入射被测目标后返回部分的激光由，c为光速，t为激光脉冲测距机接收。
测距机与目标物的距离L为 L=c t2往返时间。
在激光器发射功率一定的情况下，光电探测器接受的回波功率P L的大小与测距机的光学系统的透过率有关，与目标物物理性质有关，与被测距离L的大小有关。
在不同目标下的测距方程：漫反射大目标：P L=P T A R2πL2ρK f K R K T K2α漫反射小目标：P L=P T A O A R2πΩT LρK f K R K T K2α角反射棱镜合作目标：P L=P T A t A RΩtΩT LρK f K R K T K2α式中，P T为发射功率；A R为接收光学系统的有效面积，A O为目标的有效面积，A t为角反射棱镜的有效面积，ΩT为经发散光学系统激光发散角，Ωt为角反射棱镜的激光发散角，K T为干涉滤光片的峰值透过率，K R为接收系统的透过率，K T为发射系统透过率，Kα为单程大气透过率，ρ为目标反射率。
激光测距原理
激光测距原理激光测距是一种利用激光束来测量目标距离的技术。
它主要应用于工业、建筑、地理测绘、军事等领域，具有测量精度高、速度快、非接触式测量等优点。
激光测距原理是基于光的传播速度和时间的关系，通过测量激光束从发射到接收的时间来计算目标距离。
下面我们来详细了解一下激光测距的原理。
1. 发射激光。
激光测距的第一步是发射激光。
激光器产生的激光束具有单色性、方向性和相干性，能够保持较小的束散。
这样就能够保证激光束在传播过程中能够保持一定的直线传播，从而保证测量的准确性。
2. 激光束传播。
激光束从激光器发射出来后，会沿着一定的方向传播。
在传播过程中，激光束会受到大气、地形等因素的影响，但由于激光束的单色性和方向性，这些影响相对较小，不会对测量结果产生显著影响。
3. 激光束照射目标。
激光束照射到目标后，会被目标表面反射或散射。
这时，激光束的能量会部分损失，但仍然能够保持一定的能量，以便接收器能够接收到足够的信号进行测量。
4. 接收激光。
接收器接收到目标反射或散射的激光束后，会将其转化为电信号。
这个过程需要非常快速和精确，以保证测量的准确性。
5. 计算距离。
接收到激光信号后，系统会通过计算激光从发射到接收的时间来确定目标距离。
由于光在真空中的传播速度是一个已知的常数，因此通过测量激光的时间，就可以准确地计算出目标距离。
总结。
激光测距原理是利用激光束的传播速度和时间的关系来实现对目标距离的测量。
通过发射激光、激光束传播、照射目标、接收激光和计算距离等步骤，可以实现对目标距离的快速、准确测量。
激光测距技术在工业、建筑、地理测绘、军事等领域有着广泛的应用前景，随着技术的不断发展和完善，相信激光测距技术会在未来发挥更加重要的作用。
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卫星激光测距系统
卫星激光测距系统按照各部分用途大致分为：激光发射、激光接收、 信息处理和信息传输四大部分。 • 激光发射部分的作用是产生峰值功率高，光束发散角小的脉冲激光， 使其经过发射光学系统进一步准直后，射向所测卫星。 • 激光接收部分是接收从被测卫星反射回来的微弱激光脉冲信号，经 接收光学系统聚焦后，照在光电探测器的光敏面上，使光信号转变 为电信号并经过放大。 • 信息处理部分的主要作用是进行卫星测站预报，跟踪卫星，测量激 光脉冲从测距系统到被测卫星往返一次的时间间隔t，并准确显示 和记录在计算机硬盘上，再由人工或自动方式形成标准格式。
设计时要求αmax≤[W
]
0
例：设接收系统W=25×10-3rad，
则αmax=8.53°>W
=5°
0
解决这个矛盾的办法是减小接收系统的相对孔径
大探测器面积。
，或增
8.3 多周期脉冲激光测距
一、问题的提出 则脉冲激光测距中最小脉冲当量的公式：
可知：δ与填充时钟脉冲的频率fT成反比，
例，设fT=150MHz，C=3×108m/s
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P 。 t P =E /τ tt 例：对YAG激光器：已知τ=5ns=5×10-9sec， E =10mJ=10×10-3J t
但增大单脉冲能量必须提阈值电压，这将导致: 1）能耗上升，2）电磁干扰增大，3）氙灯寿命减少。
2、小的激光发散角： 措施：增大扩束准直系统的角放大率。 3、高透过率光学系统；
四、测距仪光学原理框图
五、激光接收光学系统
（一）激光接受光学系统的两种基本型式 1、出瞳探测系统
场镜的作用是减小探测器口径，并使孔径光栏成像在光 电探测器上
激光测距(非常详细).ppt
?
? ? 2? L c
L? c ?? 2nf 2?
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短距离、
高精度， 精度可达 毫米级。
三、卫星激光测距
作为激光测距应用的最重要成果之一 ——卫星激光测距 Satellite Laser Ranging ,简称为 SLR）技术起源于二十世纪六 十年代，是目前单次测距精度最高的卫星观测技术，其测距精度已 达到毫米量级，对卫星的测轨精度可达到 1-3 cm。
激光测距是通过测量激光光束在待测距离上往返传播的时间来换算出 距离的，其换算公式为：
d ? ct 2
测距方法分类
脉冲测距法：测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光 脉冲回到测距仪接收系统，测量其发射和接收光脉冲的时 间间隔，即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t。脉冲法 测距精度大多为米的量级； 相位测距法：它是通过测量连续调制的光波在待测距离上 往返传播所发生的相位变化，间接测量时间t。这种方法测 量精度较高，因而在大地和工程测量中得到了广泛的应用。
第九讲 激光测距
电子工程学院光电子技术系
主要内容
8.1 概述 8.2 脉冲激光测距 8.3 多周期脉冲激光测距 8.4 相位激光测距
8.1 概述
激光测距的特点
激光测距仪与其它测距仪(如微波测距仪等)相比， 具备的特点： ? 探测距离远测距精度高 ? 抗干扰性强 ? 保密性好 ? 体积小 ? 重量轻
一、脉冲激光测距
由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标 反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离：
d ? ct 2
测程远，精度与激光脉宽有关，普通的纳秒 激光测距精度在米的量级 。
t 的测量：
开
结
始
束Байду номын сангаас
激光测距非常详细课件
一、脉冲激光测距
由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标 反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离：
d ct 2
测程远，精度与激光脉宽有关，普通的纳秒 激光测距精度在米的量级 。
t 的测量：
开
结
始
束
在确定时间起始点之间 用时钟脉冲填充计数。
t
时钟 脉冲
t=NT
激光测距是通过测量激光光束在待测距离上往返传播的时间来换算出 距离的，其换算公式为：
d ct 2
测距方法分类
脉冲测距法：测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光 脉冲回到测距仪接收系统，测量其发射和接收光脉冲的时 间间隔，即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t。脉冲法 测距精度大多为米的量级； 相位测距法：它是通过测量连续调制的光波在待测距离上 往返传播所发生的相位变化，间接测量时间t。这种方法测 量精度较高，因而在大地和工程测量中得到了广泛的应用。
机
箱
关
伺服系统
发射望远镜
SPAD
接收望远镜
转台
测距精度与激光脉宽
测距精度是由于激光脉冲前后沿时间差造成的；
因此激光脉冲宽度影响测距精度：L C t
表：测距精度与脉宽的比较
脉宽
10ns
100ps
测距精度 3m
3cm
10ps 3mm
卫星激光测距主要指标与激光器分系统的关系
• 测距精度—激光脉宽. • 测程（近地星、远地星）—激光能量、发散角. • 回波率—激光能量、发散角、激光脉冲重复频率.
（2） 卫星反射器误差 – 反射器质心修正值误差
（3） 系统延迟测量误差 – 地靶距离标定误差 – 地靶常规标校测量误差
激光测距讲解
激光测距技术在空间的应用随着空间技术和航天工业的发展。
空间距离测量已成为空间领域的重要研究内容。
传统雷达测距在太空中极易受到高能粒子和电磁波的干扰，测量精度低，无法满足高精度测量的要求。
宇宙空间空气稀薄、温度变化剧烈，无法进行超声波测距。
因此。
测量空间距离需要一种适合空间环境、抗干扰能力强和测量精度高的测距方法。
激光测距技术是一种自动非接触测量方法，对电磁干扰不敏感，抗干扰能力强，测量精度高。
与一般光学测距技术相比，它具有操作方便、系统简单及白天和夜晚都可以工作的优点。
与雷达测距相比，激光测距具有良好的抗干扰性和很高的精度。
在重复测距的同时，以细激光束对空间扫描，同时获得目标的距离、角度和速度等信息，这就是激光雷达。
激光雷达能实现很多传统雷达达不到的性能要求。
激光的发散角小、能量集中。
能够实现极高的探测灵敏度和分辨率；其极短的波长使得天线和系统尺寸可以很小，这些都是传统雷达所不可比拟的。
与微波雷达相比，激光测距仪方向性好、体积小、重量轻。
非常适用于搭载在航天器上进行空间目标距离测量。
激光测距技术综合了激光器技术、光子探测技术、信号处理技术等多项技术。
测距精度高。
测程大，可靠性高，能够满足空间目标高精度、大测程测距的要求。
在空间测量领域获得了广泛应用。
1．1研究背景及意义激光是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光，激光的特点有：1．方向性好——普通光源(太阳、白炽灯或荧光灯)向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内，这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。
激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性。
2．亮度高——激光是当代最亮的光源，只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。
太阳光亮度大约是103瓦／(厘米2·球面度)，而一台大功率激光器的输出光亮度经太阳光高出7～14个数量级。
这样，尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度高温。
激光测距方法的综述
激光测距方法综述引言激光测距就是通过激光往返的时间来测定距离。
由于激光器与普通光源有显著的区别，它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列特点：激光有小的光束发散角，即所谓的方向性好或准直性好；激光的单色性好，或者说相干性好，普通灯源或太阳光都是非相干光；激光的输出功率虽然有限度，但光束细，所以功率密度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。
因而采用激光器做光源的测距仪也就有一些优于其他测距仪的特点：测量精度高、分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻。
因此广泛应用于军事、科学技术、生产、建设等各个方面。
一、激光测距的国内外现状1960年，世界上第一台红宝石激光器诞生，激光所具有的单色性好、方向性强和高亮度性引起了人们的普遍关注。
随后科学家和工程师们就提出了激光测距、激光雷达、激光制导研制的构想，并开展了大量研究工作。
作为激光雷达的原型，激光测距仪以其体积小巧，性能优越等优点迅速取代了传统的光学测距仪，成为光学测距主导产品。
最突出发展的是卫星测距机。
1961年，美国已成功开发出世界上第一台红宝石激光测距系统。
1969年，美国的坦克火控系统中的首次使用激光测距系统。
同年，科学家们利用激光测距系统精确测量出地球测试点和月球反射器间的距离。
二极管激光测距仪的研究起始于在20世纪60年代末，80年代中期开始陆续解决了激光装置、光学系统和信号处理电路的关键技术，在20世纪80年代后期进入应用研究阶段，并开发了各种不同用途的射频模组原型，20世纪90年代中期，各种成熟的产品不断涌现。
国外大学、研究机构和公司都进行了对脉冲半导体激光测距系统的研究。
SchwartzElectro-Optics 公司为美国的国家数据中心研制了激光波长测量装置，开发了无人海浪测量站，并为美国联邦政府的公路总局开发了激光自动感应车辆行驶速度和高度的测量系统，提高了交通效率；还开发了军用直升机激光防碰撞报警装置。
EXXON 公司研制了用于海洋石油勘探开发的激光二极管角度测距系统。
第九章激光测距
则相位测距方程为： D LN 2 LLN N L
结论：因为L为已知的，所以只需测得N和ΔN即可求D。
二、相位测距的多值性
在测距方程中是可以通过仪器测得的，但不能测得N值， 因此，以上方程存在多值解，即存在测距的多值性。但若我 们预先知道所测距离在一个电尺长度L之内，即令N=0，此时， 测距结果将是唯一的。
其测距方程变为：D L 2
例：设光调制频率为fυ=150×103Hz 则电尺长度 L C 3108m 100m0
2f 2150103 当被测距离小于1000m时，测距值是唯一的。
即在1000m以内的测距时N=0（不足一个电尺长度）
三、相位测距精度 将 D L两边微分后，取有限微量，
m0t0fT 201 0 09101 06 020
§9-3 相位激光测距
一、相位测距原理 通过检测被高频调制的连续激光往返后和初始信号的
相位差可使测距精度大大提高。 连续激光经过高频调制后成为高频调制光，设调制频
率为fυ，如图9-11所示。 激光往返一周的时间t可以用调制波的整数周期数及不
足一个周期的小数周数来表示。
图9-11
t N 1 2 f
fυ——调制频率（Hz） N——光波往返全程中的整周期数
Δ φ——不是一个周期的位相值
则 令 D L 1 2C C C t2 C TN v,等 2 校 f1 1个 于 2 C f调 N 制 4 C 频 f 率 对应 的长度
大气衰减系数α=2.66/V，（V：为大气能见距离km）
A S t KrAre2/P r2
以光电探测器所能探得的最小光功率Pmin代替上式中的
相位法激光测距原理及算法详解
激光相位法测距的原理激光相位测距中，把连续的激光进行幅度调制，调制光的光强随时间做周期性变化，测定调制光往返过程中所经过的相位变化即可求出时间和距离。
图.1 相位式激光测距原理示意图如图1所示，设发射处与反射处（提升容器）的距离为x ，激光的速度为c ，激光往返它们之间的时间为t ，则有：cxt 2设调制波频率为f ，从发射到接收间的相位差为 ，则有：N cfxft 242 (2) 其中，N 为完整周期波的个数， 为不足周期波的余相位。
因此可解出：)(2)22(24N N fcN f c f c x(3) 其中，f c L s 2 称为测尺或刻度，N 即是整尺数， 2 N 为余尺。
根据测得的相位移的大小，可知道N 余尺的大小。
而整尺数N 必须通过选择多个合适的测尺频率才能确定，测尺频率的选择是提升容器精确定位的关键因素之一。
多尺测量方法测量正弦信号相移的方法都无法确定相位的整周期数，即不能确定出相位变化中 2的整倍数N ，而只能测量不足 2的相位尾数 ，因此公式（2.3）中的N 值无法确定，使该式产生多个解，距离D 就不能确定。
解决此缺陷的办法是选用一个较低的测尺频率s f ，使其测尺长度s L 稍大于该被测距离，这种状况下不会出现距离的多值解。
但是由于测相系统的测相误差，会导致测距误差，并且选用的s L 越大则测距误差越大。
因此为了得到较高的测距精度而使用较短的测尺长度，即较大的测尺频率s f ，系统的单值测定距离就相应变小。
为了解决长测程和高精度之间的矛盾，一般使用的解决办法是：当待测距离D 大于基本测尺sb L （精测测尺）时，可再使用一个或几个辅助测尺sl L （又叫粗测测尺），然后将各个测尺测得的距离值组合起来得到单一的和精确的距离信息。
由此可见，用一组测尺共同对距离D 进行测量就可以解决距离的多值解，即用短尺保证精度，用长尺保证量程。
这样就解决高精度和长测程的矛盾[4]。
本系统选用10米作为精尺，1000米作为粗尺，带入公式即可求得精尺频率和粗尺频率：精尺频率 MHz L cf 152510（4） 粗尺频率 kHz L cf 150210001000 （5） 其中，光速s m c /1038 。
第九章 激光测距.完整版PPT资料
可产生±1个脉冲当量的误差，且影响2次：
·对电路的性能要求很高。
上两式相减，并以L2代入得：
则脉冲激光测距中最小脉冲当量的公式：
连续激光经过高频调制后成为高频调制光，设调制频率为fυ，如图9-11所示。
对如图9-9所示的出窗探测系统，设接收物镜口径为D，视场角为w，在象面上光斑直径为φ，则当w很小时，可用下式建立它们之间的
图9-7
场镜的作用是减小探测器口径，并使孔径光栏成像在光 电探测器上
设计时满足以下关系：
1 l1 D
1 l
0 .8
0
1
f 2
1
l l
式中：β为横向放大倍率，φ0为光电探器光敏面直径。
解以上方程组，可得 l、f2和 值。
2、出窗探测系统（图9-8） 图9-8
（二）设计中几个光学参数的讨论 1、接受物镜相对孔径 D f 和探测器光敏面（φ0）的关系。
欲使激光能量充分利用，则要求At≤As，此时
At<As时，
A≤t 1 As
At As
max
但1 当
2、激光回波在单位立体角内所含的激光功率Pe（激光在目
标产生漫反射，其漫反射系数为ρ）
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：
二、光电读数（图9-4） 图9-4
因为 s12ct12cNfT(fT为晶振)频率 测距仪的最小脉冲正量δ为：
令N=1
则 c
2 fT
例：设fT=150MHz=1.5×108Hz，C=3×108m
则： 318 0 1m
21.518 0 三、测距精度
激光测距技术的原理与数据处理方法
激光测距技术的原理与数据处理方法导引激光测距技术是一种利用激光束进行测量的高精度测距方法，被广泛应用于工业、测绘、建筑、军事等领域。
本文将从激光测距技术的原理和数据处理方法两个方面进行探讨。
一、激光测距技术的原理1.1 激光测距的基本原理激光测距技术利用激光脉冲的回波时间来计算目标物体与测距仪之间的距离。
当激光脉冲发射到目标物体上后，一部分光会被反射回来，测距仪通过测量激光脉冲的往返时间来确定距离。
根据光速恒定的原理，通过测量时间差来计算出距离。
1.2 激光测距的分类激光测距技术根据不同的测量原理和测量范围可以分为接触式测距和非接触式测距。
接触式测距主要利用激光传感器与目标物体的接触来进行距离测量，适用于近距离测量。
非接触式测距则主要利用激光束与目标物体的反射光进行测量，适用于中远距离测量。
二、激光测距技术的数据处理方法2.1 激光测距数据的获取首先，激光测距技术需要通过传感器向目标物体发射激光脉冲。
然后，传感器接收到激光脉冲的反射光信号，将其转化为电信号。
这一过程中，测距仪会记录下激光脉冲的发射时间和接收时间，并计算出激光脉冲的往返时间。
2.2 数据的处理与分析接收到激光脉冲的回波信号后，需要进行数据处理与分析，以确定目标物体与测距仪之间的距离。
主要的处理方法包括：2.2.1 时间差法时间差法是基于光速恒定原理的一种测距方法，通过测量激光脉冲的发射时间和接收时间之间的差值来计算距离。
这种方法可以实现高精度的测距，但对仪器的时间测量精度有较高的要求。
2.2.2 相位法相位法也是一种常用的测距方法，它通过测量激光脉冲的相位差来计算距离。
利用激光脉冲的相位信息可以实现高精度测距，但对仪器的稳定性和相位解算算法有较高的要求。
2.2.3 三角法三角法是一种利用三角形的几何关系来计算距离的方法。
它通过测量激光束的入射角和反射角，并结合目标物体的角度信息，使用三角函数计算出距离。
这种方法简单易于实施，但需要测量目标物体的角度信息。
激光测距技术的原理与实践
激光测距技术的原理与实践激光测距技术是一种非常重要和广泛应用的测量方法，它在工程、地质、环境科学等领域都有广泛的应用。
本文将深入探讨激光测距技术的原理与实践，并探讨其在不同领域中的应用。
一、激光测距技术的原理激光测距技术是通过激光器发射出的一束激光，利用光的传播速度和时间的关系来测量目标物的距离。
其原理基于光的传播速度在真空中是一个常数，即光速。
在其他介质中，光的传播速度会稍有变化，但可以通过校正来得到准确的测距结果。
激光测距技术的原理可以简化为三个步骤：发送激光束、接收反射信号并测量时间、通过时间和光速计算距离。
首先，激光器会发射出一束强度稳定的激光束。
然后，反射器表面的物体会将这束激光反射回来。
最后，接收器会接收到反射回来的激光信号，并根据发送和接收的时间差来计算距离。
二、激光测距技术的实践应用1. 工程测量中的应用激光测距技术在工程测量领域有着广泛的应用。
例如，在建筑测量中，激光测距仪可以准确测量建筑物的高度、宽度和长度。
同时，它还可以快速测量不同点之间的距离，为设计和施工提供准确的数据。
此外，激光测距技术在道路施工、桥梁测量和土地测量等方面也有重要的应用。
2.地质和环境科学的应用激光测距技术在地质和环境科学领域也有着广泛的应用。
例如，在地质勘探中，激光测距技术可以测量地壳的形变及其运动速度，帮助科学家研究地震和地质变化。
此外，激光测距技术还可以用于环境监测，比如测量大气中的污染物浓度以及水体的深度。
3.机器人和自动化系统中的应用激光测距技术在机器人和自动化系统中也有着重要的应用。
例如，在无人驾驶领域，激光测距技术可以帮助车辆感知周围环境并进行精确的定位。
另外，激光测距技术还可以用于机器人的导航和避障，提高机器人在复杂环境中的工作效率和安全性。
三、激光测距技术的挑战和发展趋势激光测距技术虽然在多个领域中具有广泛的应用，但仍然面临一些挑战。
首先，激光测距仪的精确度和稳定性需要不断提高，以满足越来越高精度的测量需求。
《激光测距》课件
目前，激光测距技术已经取得了很多突破，如高精度、高速度、高稳定性的测量，以及在复杂环境下 的测量能力。未来，激光测距技术有望实现更多突破，如实现更高精度的测量、更远距离的测量、更 小体积的设备等。
激光测距与其他技术的融合发展
要点一
激光测距与机器视觉技术的融合
要点二
激光测距与物联网技术的融合
激光测距在智能化和物联网领域的应用
智能化应用
激光测距技术在智能化领域有着广泛的应用 前景。例如，在智能制造中，激光测距技术 可以用于自动化生产线上的测量和定位；在 智能交通中，激光测距技术可以用于车辆距 离和速度的测量，提高交通安全性。
物联网应用
激光测距技术在物联网领域也有着重要的应 用价值。例如，在智能农业中，激光测距技 术可以用于农田面积和作物高度的测量，实 现精准农业管理；在智能安防中，激光测距 技术可以用于建筑物和设施的安全监测和预 警。
通过测量激光脉冲往返时间来计算距 离。精度高，但受限于光速和时间测 量精度。
通过测量激光光束在目标表面产生的 光斑位置来计算距离。具有结构简单 、测量范围大等优点，但精度较低。
相位激光测距
通过测量激光光束的相位变化来计算 距离。具有较高的测量精度和动态范 围，但易受环境影响。
激光测距系统的性能指标
THANK YOU
。
02
激光测距系统
激光测距系统的组成
激光发射器
用于产生激光束，通常 采用脉冲或连续波方式
。
目标反射器
用于将激光束反射回接 收器，通常为平面反射
镜或漫反射器。
接收器
用于接收反射回来的激 光束，并进行光电转换
。
信号处理单元
用于处理接收到的信号 ，计算出目标距离。
激光测距的原理与应用
激光测距的原理与应用激光测距的原理激光测距是一种利用激光束测量两点间距离的技术。
激光测距的原理主要基于光的传播速度恒定不变的特性。
当激光束发射后经过一定的传播时间后被接收到，通过测量光的传播时间，就可以计算出两点的距离。
1. 发射和接收激光束激光测距仪首先需要发射一束激光光束，光束经过一定的传播距离后被接收器接收到。
发射和接收激光束是激光测距的基本步骤。
2. 测量光的传播时间通过测量激光光束传播的时间，即从激光发射到接收器接收到的时间间隔，可以计算出两点之间的距离。
这是激光测距的核心原理。
3. 计算距离利用测量到的光传播时间，可以使用速度和时间的关系计算出两点间的距离。
常见的计算公式为：距离 = 光速 × 时间。
激光测距的应用激光测距技术在许多领域都有广泛的应用。
以下列举了几个常见的应用领域：1. 航空航天领域在航空航天领域，激光测距技术可以用于飞行器的精确定位和导航。
通过测量飞行器与地面之间的距离，可以实时更新飞行器的位置信息，从而提高飞行的安全性和精确度。
2. 地理测绘领域激光测距技术在地理测绘领域中广泛应用。
利用激光测距仪扫描地表，可以获取地形数据和地物的三维坐标。
这对于绘制高精度的地图和地形模型非常重要。
3. 工业制造领域在工业制造领域，激光测距技术可以用来测量物体的尺寸和位置。
例如，在汽车制造过程中，使用激光测距仪可以精确测量车身的尺寸，以确保各个零件的精确配合。
4. 建筑施工领域在建筑施工领域，激光测距技术可以用于建筑的测量和校正。
施工人员可以利用激光测距仪测量建筑物的尺寸和位置，以确保施工的准确性和精度。
5. 环境监测领域激光测距技术在环境监测领域中也有应用。
例如，在大气污染监测中，激光测距仪可以用来测量大气中污染物的浓度和分布情况。
6. 军事应用在军事领域，激光测距技术可以用于目标距离的测量和火力打击的精确定位。
这对于军事行动的规划和执行非常重要。
除了以上列举的领域，激光测距技术还被广泛应用于机器人导航、交通监控、医学影像等领域。
高精度激光测距器【高精度的卫星激光测距】
高精度激光测距器【高精度的卫星激光测距】2009年，位于南半球的阿根廷发行了一枚天文题材的纪念邮票。
邮票右边是天文台的圆顶，中间用西班牙文标注了天文台的名字――费利克斯•阿吉拉尔天文台，左边是由中国测绘科学研究院和中科院国家天文台联合研制的卫星激光测距仪的望远镜部分。
在阿根廷发行的纪念邮票上，怎么会出现我国研制的仪器呢？原来，从1999年开始，阿根廷就开始与我国进行科技合作，国家天文台与阿根廷圣胡安大学筹备建立了一个新的卫星观测站，开展合作观测与研究。
由于圣胡安气候干燥、晴天多，年均有多达约300个可观测日，非常适合进行包括卫星观测在内的天文观测。
随后，中国测绘科学研究院与国家天文台联合研制了这台第三代高精度卫星激光测距仪（发射和接收口径分别为25厘米和60厘米），如图1所示。
仪器于2005年底安装在圣胡安大学的费利克斯•阿吉拉尔天文台，2006年初完成调试，并投入运行，测程和精度等主要指标立即达到了国际激光测距服务组织的规范，获得正式台站编号7406。
该系统结果的总体指标在2006年位列全球第六名，这是我国卫星激光测距（SLR）观测历史上的最好成绩；2007年又进一步，位于第五名；2008年则跃居全球第三名（总观测量和对观测难度较大的高轨卫星的观测量居全球第二名）。
为了支持和纪念中阿科技合作，阿根廷于2009年度发行了这枚纪念邮票。
什么是卫星激光测距卫星激光测距（satellite laser ranging，简称为SLR），是利用安置在地面上的卫星激光测距系统所发射的激光脉冲，跟踪观测装有激光反射棱镜的人造地球卫星，以测定测站与卫星之间的距离的技术和方法。
卫星激光测距是卫星单点定位中精度最高的一种，已经达到厘米级。
它可以精确测定地面测站的地心坐标、长达几千千米的基线长度，卫星的精确轨道参数，地球自转参数、地心引力常数、地球重力场球谐系数、潮汐参数以及板块运动和地壳升降速率等。
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卫星激光测距－激光器 ：
总的来讲在其它条件相同时，发射激光的脉冲能量 越高，脉宽越窄，重复率越高，峰值功率越大，则 系统的测距能力越高。
千赫兹皮秒激光器为第四代卫星激光测距之激光器。 下一代卫星测距用激光器为双波长激光器。
测距误差分析
（1） 测距系统仪器误差 – 激光脉冲宽度误差 – 时间间隔测量误差 – 主波计时探测误差 – 回波计时探测误差 – 时钟同步误差 – 时钟频率标准误差
卫星激光测距技术集光机电于一身,涉及计算机软、硬件技术, 光学、激光学、大地测量学、机械学、电子学、天文学、自动控制 学、电子通讯等多种学科。因此SLR测距仪系统十分复杂,消耗较大, 故障率较高,同时受天气因素制约,维护起来也比较困难,需要花费 较大的人力物力,但它又是目前精度最高的绝对观测技术手段。
第九讲 激光测距
电子工程学院光电子技术系
主要内容
8.1 概述 8.2 脉冲激光测距 8.3 多周期脉冲激光测距 8.4 相位激光测距
8.1 概述
激光测距的特点
激光测距仪与其它测距仪(如微波测距仪等)相比， 具备的特点： ➢ 探测距离远测距精度高 ➢ 抗干扰性强 ➢ 保密性好 ➢ 体积小 ➢ 重量轻
2L
c
L c 2nf 2
t
短距离、
高精度，
精度可达
毫米级。
三、卫星激光测距
作为激光测距应用的最重要成果之一 ——卫星激光测距 Satellite Laser Ranging ,简称为 SLR）技术起源于二十世纪六 十年代，是目前单次测距精度最高的卫星观测技术，其测距精度已 达到毫米量级，对卫星的测轨精度可达到 1-3 cm。
卫星激光测距系统
卫星激光测距系统按照各部分用途大致分为：激光发射、激光接收、 信息处理和信息传输四大部分。 • 激光发射部分的作用是产生峰值功率高，光束发散角小的脉冲激光， 使其经过发射光学系统进一步准直后，射向所测卫星。
• 激光接收部分是接收从被测卫星反射回来的微弱激光脉冲信号，经 接收光学系统聚焦后，照在光电探测器的光敏面上，使光信号转变 为电信号并经过放大。
• 信息处理部分的主要作用是进行卫星测站预报，跟踪卫星，测量激 光脉冲从测距系统到被测卫星往返一次的时间间隔t，并准确显示 和记录在计算机硬盘上，再由人工或自动方式形成标准格式。
• 信息传输部分的作用是通过通讯网络接收轨道预报参数和其它指令 （下传），上传观测结果所形成的标准格式数据等。
卫星激光测距系统组成
一、脉冲激光测距
由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标 反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离：
d ct 2
测程远，精度与激光脉宽有关，普通的纳秒 激光测距精度在米的量级 。
t 的测量：
开
结
始
束
在确定时间起始点之间 用时钟脉冲填充计数。
t
时钟 脉冲
t=NT
脉冲测距
SPAD
接收望远镜
转台
测距精度与激光脉宽
测距精度是由于激光脉冲前后沿时间差造成的；
因此激光脉冲宽度影响测距精度：L C t
表：测距精度与脉宽的比较
脉宽
10ns
100ps
测距精度 3m
3cm
10ps 3mm
卫星激光测距主要指标与激光器分系统的关系
• 测距精度—激光脉宽. • 测程（近地星、远地星）—激光能量、发散角. • 回波率—激光能量、发散角、激光脉冲重复频率.
激光脉冲测距仪的简化结构如下图所示：
激光脉冲测距仪的简化结构
测距仪对光脉冲的要求：
光脉冲应具有足够的强度 光脉冲的方向性要好 光脉冲的单色性要好 光脉冲的宽度要窄 用于激光测距的激光器： 红宝石激光器、钕玻璃激光器、 二氧化碳激光器、半导体激光器。
二、连续激光相位测距
采用无线电波段的频率对激光束进行幅度调制并测定调制光往返 一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代 表的距离，即用间接方法测定出光经往返所需的时间。
（2） 卫星反射器误差 – 反射器质心修正值误差
（3） 系统延迟测量误差 – 地靶距离标定误差 – 地靶常规标校测量误差
（4） 气象参数采集和大气修正模型误差
我国卫星测距站
卫星激光测距应用
卫星激光测距（Satellite Laser Ranging：SLR）是 随着现代激光、光电子学、 计算机和空间科学发展而建立 起来的一门崭新观测技术。由于它具有独特的测距方式和 较高的测量精度,已在地学领域广泛应用。目前,其观测资 料已可用于地球物理学、地球动力学、大地测量学、天文 学和地震预报等多种学科。
激光测距仪的分类
激光测距仪的分类：激光测距不同于激光测长，它的测量距离要大得 多，按照测量距离可分为下述三类： 1、短程激光测距仪，它的测程仅在五公里以内，适用于各种工程测量； 2、中长程激光测距仪，测程为五至几十公里，适用于大地控制测量和 地震预报等； 3、远程激光测距仪，它用于测量导弹、人造卫星、月球等空间目标的 距离；
注：测距精度还受光电接收分系统的影响；回波率与天气 好坏关系较大。
卫星激光测距—激光器发展历史
• 第一代： 1964年，调Q激光器，脉宽ns，测距精度3m； • 第二代：70－90年代，主被动锁模激光器，脉宽
100ps，测距精度3cm； • 第三代：SESAM锁模，50Hz; • 第四代：SESAM锁模，KHz，精度＜ 1cm； • 第五代：双波长激光器，去除大气干扰。
卫星激光测距系统功能分为七大分系统：
• 望远镜转台分系统 • 激光器分系统 • 光电接收分系统 • 伺服驱动控制分系统 • 测距控制分系统 • 微光导星分系统 • 软件分系统
ห้องสมุดไป่ตู้
测量原理
GPS
点火
天线
激光器
系
控 1PPS
统
GPS时钟接收机
控 制
制 10MHz
计
机
开
算
计数器
脉冲分配器
机
箱
关
伺服系统
发射望远镜
激光测距是通过测量激光光束在待测距离上往返传播的时间来换算出 距离的，其换算公式为：
d ct 2
测距方法分类
脉冲测距法：测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光 脉冲回到测距仪接收系统，测量其发射和接收光脉冲的时 间间隔，即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t。脉冲法 测距精度大多为米的量级； 相位测距法：它是通过测量连续调制的光波在待测距离上 往返传播所发生的相位变化，间接测量时间t。这种方法测 量精度较高，因而在大地和工程测量中得到了广泛的应用。