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
（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。
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－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
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
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；
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。
脉冲测距
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。