激光测距

本科毕业论文 (设计)

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摘要：本文论述了激光测距的基本原理，介绍了目前生产实践中用到的激光测

距方法，分析了激光测距的精度，并重点就脉冲测距和相位测距两种方法的特点做了比较，在此基础上，预测了未来激光测距的发展趋势。

关键词：激光测距；脉冲法;相位法;三角法;干涉法；反馈法；纵模拍频法；

脉冲-相位测距法；精度；比较；趋势

Abstract:This article discusses the basic principles of laser ranging, laser ranging method used in the production practice, the accuracy of the laser ranging, focusing on the characteristics of the two methods of pulse ranging and phase ranging compared, and on this basis to predict the future trends of the laser ranging.

Key words:Laser Ranging Finder ；Pulse；Phase；Trigonometry;Interferometry；Feedback method；Longitudinal mode beat method；Pulse-phase ranging；Accuracy；Compare;Trend

目录

前言 (4)

一激光测距的研究状况 (4)

1.1国外研究状况 (4)

1.2国内研究状况内研究状况 (5)

二激光测距的理论基础 (5)

三激光测距的基本原理 (5)

3.1脉冲法激光测距 (5)

3.2相位法激光测距 (6)

3.3干涉法测距 (7)

3.4三角法测距 (8)

3.5反馈法测距 (9)

3.6纵模拍频测距法 (9)

3.7 脉冲-相位式激光测距法 (10)

四激光测距方法的精度与比较 (10)

4.1脉冲测距 (10)

4.1.1 脉冲时刻鉴别误差因素 (10)

4.1.2 时间间隔测量精度因素 (11)

4.2相位式测距 (12)

4.2.1频率漂移 (12)

4.2.2相位测量误差 (12)

4.2.3电子线路的干扰 (12)

4.2.4大气折射率误差 (12)

4.2.5光源选择 (13)

4.3干涉法测距 (13)

4.5反馈法测距 (13)

4.6脉冲-相位测距 (13)

五一些激光测距仪产品介绍 (14)

六激光测距仪的发展趋势 (14)

致谢 (14)

参考文献 (14)

前言

激光测距技术广泛应运于军事方面和科学研究、生产建设方面。传统的测距方法主要有超声波测距法和电磁波测距等。由于激光方向性好，高亮度，波长单一，故测程远，测量进度高。并且激光测距仪结构小巧、携带方便，是目前高精度、远距离测距最理想的仪器。激光测距技术是指利用射向目标的激光脉冲或连续波激光束测量距离的技术。比较常见的激光测距方法有脉冲法、相位法、三角法、干涉法等。

一激光测距的研究状况

1.1国外研究状况

80年代半导体激光二极管技术日趋成熟，开始应用于中、短程测距雷达，它具有体积小、重量轻、结构简单、使用方便、对人眼安全、便宜等一系列优点。90年代国外开始发展半导体激光雷达，在中、短程激光雷达应用方面有取代YAG 激光雷达的趋势。近年来又发展了一种便携式、对人眼安全、无合作目标、低价的适用于家庭的半导体激光测距仪，既能作为望远镜又具有测距功能。如1996年美国Bushnell公司推出了测距能力400码的400型小型、轻便、省电、对人眼安全、低价LD的激光测距仪Yardage400，己被评为1997年世界百项重要科技成果之一;1997年Bushnell公司在Internet网上又推出测距能力为800码的800型激光测距仪;1998年美国Tasco公司测距能力为800码的摄像机型Lasersite LD激光测距仪。随着技术的不断进步乒不少专门从事该设备研制的公司如雨后春笋般涌现，应用范围不断扩大，半导体测距仪向集成化、小型化方向发展。例如，leica公司的VICTOR系列，还配备电子罗盘及倾角仪，测程>1km，重量1.2kg。据报道，2004年美国海军陆战队向leica公司定购了500套微型测距机，测程1km，重量仅293克。另外一种就是将半导体测距仪和光学瞄准镜、夜视等设备组合，具有测距和瞄准双重功能，如果配有弹道计算机，可根据距离信息计算弹道高，修正风偏，给出准确距离分划。例如美国SACMFCSⅡ侧轻武器通用模块火控系统，就具有这样的功能，据报道其测距能力大于2km。

1.2国内研究状况

国内样机的研究始于20世纪80年代，是在原固体、气体激光测距机基础上发展起来的。目前，基础技术已具备，主要是解决工程应用问题，开发各种应用产品。航天科工集团八三五八所研制出测程200m，精度0.5m，数据率100Hz的激光测距机。中科院上海光机所研制出便携式激光测距机，对漫反射水泥墙的测距达100m，采用300MHz计数方式，测距精度0.5m，重复频率1kHz。中国计量学院信息工程系光电子所与国外合作开发了低价、便携式半导体激光测距机，作用测距1km，精度<±1m，采用4M晶振，线性时间放大技术。常州莱赛公司研制了作用距离200m、测距精度0.5m的半导体激光测距机，2001年，兵总209所研制的半导体激光高度表，测程800米。

二激光测距的理论基础

二十世纪六十年代，激光问世。由于激光不仅具有光的一般通性，而且具有自生的优越性，故产生后被广泛用于测距中。

激光测距仪一般由激光发射部件、激光接受部件和电源三大部分组成。激光测距机的工作原理是利用脉冲激光器向目标发射单次激光脉冲或激光脉冲串，计数器测量激光脉冲到达目标并且由目标返回到接收机的往复时间，由此计算目标的距离。其工作过程是：首先瞄准目标，然后接通激光光源，启动激光器，通过发射光学系统，向瞄准的目标发射激光脉冲信号。同时，采样器采集发射信号，作为计数器开门的信号，启动计数器，钟频振荡器向计数器有效地输入钟频脉冲，由目标反射回来的激光回波经过大气传输，，进入接受光学系统，作用在光电探测器上，转变为电脉冲信号，进过放大器放大，进入计数器，作为计数器的关门信号，停止计数器。计数器从开门到关门期间，所进入的钟频脉冲个数，经过运算到目标距离，在显示频上显示出来。

三激光测距的基本原理

3.1脉冲法激光测距

脉冲激光测距仪的测距原理：由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接