课程设计 脉冲激光测距仪

目 录

第一章 引言 (2)

1.1激光测距技

术 (2)

1.2激光测距的发展状

况 (2)

第二章 脉冲测距仪的工作原

理 (4)

2.1测距仪的基本工作原理 (4)

2.2脉冲激光测距实现的原理及光电读数的实现方法 (5)

第三章 部件分析 (7)

3.1激光器 (7)

3.2光电器件 (7)

第四章 激光测距系统性能分析 (8)

4.1光脉冲对测距仪的影响 (8)

4.2发散角对测距仪的影响 (8)

4.3测距系统信噪比分析 (9)

第五章 测距仪的精度分析 (10)

5.1精度分析 (10)

5.2提高脉冲激光测距精度的措

施 (10)

第六章 激光测距仪总体设计 (14)

总结 (16)

第一章引言

1.1 激光测距技术

激光测距是指根据激光往返待测距离的时间来测定距离的方法，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。

自1960年美国T.H.Maiman博士制成世界上第一台红宝石激光器开始，激光优异的单色性、方向性和高亮度性就引起了人们的普遍关注。激光的这些特性，决定着它成为理想的测距光源。国内外均大力开展了激光测距系统的研制工作。1961年美国就成功的研制了世界上最早的红宝石激光测距系统，1969年美国又首次将激光测距系统应用于坦克火控系统。从此，激光测距技术发展迅猛，广泛的应用于战场上。

激光测距方法从原理上分主要有相位测距法和脉冲测距法两种。由于相位测量技术较为成熟，因此测距精度较高，目前的测距技术大多采用此法，但相位测距电路较为复杂，技术难度较大，测程短。脉冲式测距方法结构简单，信号易于处理，并且易于实现实时测量，具有测程长

的优点，因此发展潜力很大。

1.2激光测距的发展状况

激光测距技术与其它测距技术相比，具有测量距离远、抗干扰能力强、非接触目标、测量速度快、测距精度高等特点。目前，脉冲激光测距已获得了广泛的应用，如地形测量、战术前沿测距、导弹运行轨道跟踪、以及人造卫星、地球到月球距离的测量等。随着激光技术、数字电子技术、计算技术和集成电路的发展，激光脉冲测距正朝着低成本、模块化、小型化方向发展。

脉冲半导体激光测距技术的研究起始于20世纪60年代末，到80年代中期陆续解决了激光器件、光学系统以及信号处理电路中的关键技术，80年代后期转入应用研究阶段并研制出了各种不同样机，90年代中期各种成熟的产品不断出现，近期半导体激光测距发展迅速，在中、近激光测距方面有取代YAG激光的趋势。

2008年，中国计量学院余向东、张在宣、王剑锋等人研制了一种能有效地减少因接收信号幅度变化而引起的漂移误差和晶振时钟计时误差的小型高精度脉

冲式半导体激光测距仪，当接收脉冲信号幅度在11倍范围变化时，该测距仪可获得优于±7cm的单次测量精度。2009年，军事交通学院李志勇、李长安、李良洪等人基于TDC-GP2设计了一款测量时间间隔最小可达65ps，平均误差小于65ps的高精度时间间隔测量仪。航天科工集团第三研究院第八三五八所研制出测程200，精度0.5，分辨能力为100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，无合作目标时对漫反射水泥墙的测距达100，采用300计数方式，测距精度0.5，重复频率1kHz。中国计量学院与国外合作开发了低成本、便携式半导体激光测距机，作用测距l，精度

国外有许多大学、研究机构和公司都开展了脉冲半导体激光测距系统的研究。Schwartz Electro-Optics公司为美国国家数据中心研制了激光海浪测量装置，用于无人看守的海浪测量站；为美国联邦政府高速公路管理局研制了激光自动传感系统，用于车辆速度和高度的测量，从而提

高了交通效率；还为军方研制了直升机激光防撞告警装置。EXXON公司研制了脉冲半导体激光角度距离测量系统，用于海上石油勘测。1992年美国亚特兰大激光公司为警方专门设计的手持式人眼安全激光二极管测距仪，用于对车辆的测距和测速。Lecia公司展出了实用的小型LD测距仪，测量距离0.2-30m。1995年以来国际上对人眼安全的半导体激光测距技术发展十分迅速，已开展了波长在800-900nm范围内、峰值功率为10W、脉冲宽度为20-50ns、重复频率为1-10kHz、测量距离10m-1km 无合作目标的激光测距系统研究。

1996年下半年，美国Bushnell公司推出了测距能力约365m的400型小型、轻便、省电、对人眼安全、低价LD的激光测距仪Yardage400。1997年Bushnell公司推出测距700米的800型激光测距仪。1998年美国Tasco公司推出测距能力为700米的摄像机型Lasersite LD激光测距仪。美国SACMFCSⅡ侧轻武器通用模块火控系统，具有测距和瞄准双重功能，据报道其测距能力大于2km。

2000年以来，各种性能极好的激光测距仪更如雨后春笋般不断涌现，如专为室内应用而设计徕卡手持测距仪D2，测程0.05至60 米，典型精度±1.5mm，不仅小巧便携，测量速度也很快且非常可靠。德国喜利得手持激光测距仪PD42型测量范围0.05 m- 200 m，精度为 ± 1.0mm，不仅可以测量距离，还可以进行面积、体积及面积累加等计算。

第二章 脉冲激光测距原理

2.1测距仪的基本工作原理

激光测距广泛采用飞行时间法，飞行时间法是根据直接或者间接获得的激光飞行时间来得到目标物距离【4】。其基本原理如图2-1所示：即分别在A、B两点架设测距机和反射器，测距机向B处发射一束激光，激光在被测距离A、B之间传播，到达B点后，激光被反射器反射。反射回的激光被测距机接收，如果激光测距机能测出激光从发射到接收这一段时间间隔，那么，在A、B之间的距离就可以计算出来【5】。根据光速c，则距离D为：

(2. 1)

图2-1 激光测距基本原理