激光测距技术及应用调研报告.doc

激光测距技术及应用目录第一章 绪论 11.1 激光测距技术背景 1 第二章 激光测距仪的种类 12.1 脉冲式激光测距仪 12.2 相位式激光测距仪 2第三章 总结 3参考文献4第一章 绪论1.1 激光测距技术背景在当今这个科技发达的社会，激光测距的应用越来越普遍。在很多领域，如电力，水利，通讯，环境，建筑，地质，警务，消防，爆破，航海，铁路，军事，农业，林业，房地产，休闲、户外运动等都可以用到激光测距仪。激光测距仪一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。当前激光测距仪的发展趋势是向测量更安全、测量精度高、系统能耗小、体积小型化方向发展。第二章 激光测距仪的种类激光测距仪一般分为两种：脉冲式激光测距仪和相位式激光测距仪。其中脉冲激光测距的应用领域越来越宽广，比如，地形测量、战术前沿测距、导弹运行轨道跟踪以及人造卫星、地球到月亮距离的测量等。脉冲激光测距法是利用激光脉冲持续时间非常短，能量相对集中，瞬时功率很大（可达几兆瓦）的特点， 在有合作目标的情况下，脉冲激光测距可以达到极远的测程；如果只是利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得的微弱反射信号，也是可以测距的。而相位式激光测距仪以其精度高、功率小和便携的特点，适用于民用范畴，有较大的市场和应用前景。2.1 脉冲式激光测距仪 2.11 脉冲式激光测距仪的基本原理脉冲法测距的过程是这样的：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。即距离计算与显示单元激光发射单元激光接受单元目 标 物脉冲激光测距系统原理框图一般一个典型的激光测距系统应具备以下四个模块：激光发射模块；激光接收模块；距离计算与显示模块；激光准直与聚焦模块， 如图所示。系统工作时，由发射单元发出一束激光，到达待测目标物后漫反射回来，经接收单元接收、放大、整形后到距离计算单元计算完毕后显示目标物距离。 2.22 脉冲式激光测距仪的光学原理结构2.23 脉冲式激光测距仪的工作过程首先接通电源，复原电路给出复原信号，使整机复原，准备进行测量；同时触发脉冲激光发射器，产生激光脉冲。该激光脉冲有一小部分能量由参考信号取样器直接送到接收系统，作为计时起点。大部分光脉冲能量射向待测目标，由目标反射回测距仪的光脉冲能量被接收系统接收，这就是回波信号。参考信号和回波信号先后由光电探测器转换成为电脉冲，并加以放大和整形。整形后的参考信号能使触发器翻转，控制计数器开始对晶格振荡器发出的时钟脉冲进行计数。整形后的回波信号使触发器的输出翻转无效，从而使计数器停止工作。这样，根据计数器的输出即可计算出待测目标的距离。2.24 脉冲式激光测距仪的测量精读分析脉冲式激光测距仪的测距精读大多以“米”为数量级，适用于军事及工程测量中精读要求不太高的一些项目。远距离的空间测量也都利用激光脉冲法测距，因为对于遥远的空间来说，测量误差在“米”数量级，精读已经很高了。脉冲式激光测距仪的分辨能力取决于计数脉冲的频率，有如下公式，其中为计数脉冲的频率，可知若要求测距仪的分辨能力为，则要求计数脉冲的频率为150，由于计数脉冲的频率不能无限制提高，脉冲测距仪的分辨能力一般较低，通常为米数量级。2.2 相位式激光测距仪2.21 相位式激光测距仪的基本原理相位式激光测距仪的基本原理可以表达为其中，为待测距离；为激光的直接调制频率；为光速；为检测到的相位差。2.22 相位式激光测距仪的光学原理结构2.23 相位式激光测距仪的工作过程相位式激光测距仪一般采用半导体激光管，测距时利用迭加偏置的调制电流，直接对激光管进行调制驱动，产生激光束；接受端利用光学组件，将由目标反射的激光束回波会聚至光电转换器件，然后利用一定的检测手段获取相位信息。传统方法的反射调制函数大多采用正、余弦函数，后端检相采用混频的方法以降低检测到的信号频率，利用检相器得到相位差，从而计算出距离信息。2.24 相位式激光测距仪的测量精读分析由上面的公式可以看出，相位式测距仪的测距性能主要取决于激光调制的频率和方法，以及相位检测精读；激光调制频率越高，相位检测精度越高，对应测距精度便越高，同时还可以利用多组间接调制频率来消除相位混迭，提高测程测距。一般可达到数量级。第三章 总结在上面的章节中我系统的讲述了激光测距的两种方法，从激光测距的背景到衍生出来的两种方法，从其基本原理到光学结构图，从工作过程到其测量精度分析，全面的说明了两种测距方法的应用领域、测距系统的基本结构以及测量精读，以供大家在不同的场合选择不同的测距方法。通过本次调研报告，我从网上筛选了很多与激光测距相关的资料和论文，认真阅读后写下了这篇文章。鉴于没有实验设备以及本人能力所限，只是系统的说明了两种激光测距的特点、精读等等，偏向理论。但是我结合了很多学者的论文，从其中的实验数据中总结了这两种测距方法的特点以及测量精读，总体说来具有比较强的说服性。而且根据两种测距方法的基本原理得出的公式来看，精读分析也是合理的。在本次调研报告的写作中，我充分利用了网络上的资源，阅读了大量学者关于激光测距的论文，从其中学到了很多，对激光测距也有了很深的了解，对激光测距的理论知识得到了扩充。总的说来，激光测距的两种方法中，脉冲式激光测距仪比较简单，而且容易操作，但是鉴于计数脉冲的频率限制，测量精度不高，只适用于一些对精读要求不太高的领域。相位式激光测距仪的原理较为复杂，计算起来也较激光式测距仪繁琐，但其测量精度很高，因此我个人觉得相位式激光测距仪的发展前景广阔，而且其功耗低，这更使得其备受瞩目。通过本次调研，我对激光测距有了很深的了解，对两种基本测距方法的基本原理以及一些根据这种原理做成的设备有了很深的认识。本次调研收获颇丰，谢谢老师！【参考文献】1. 相位式激光测距仪的改进设计 孙胜利 中国科学院上海技术物理研究所 2. 脉冲激光测距仪的设计 中国矿业学院