激光測距方法綜述

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1、激光測距方法綜述引言激光測距就是通過激光往返的時間來測定距離。由于激光器與普通光源有顯著的區(qū)別，它利用受激發(fā)射原理和激光腔的濾波效應(yīng)，使所發(fā)光束具有一系列特點(diǎn)：激光有小的光束發(fā)散角，即所謂的方向性好或準(zhǔn)直性好；激光的單色性好，或者說相干性好，普通燈源或太陽光都是非相干光；激光的輸出功率雖然有限度，但光束細(xì)，所以功率密度很高，一般的激光亮度遠(yuǎn)比太陽表面的亮度大。因而采用激光器做光源的測距儀也就有一些優(yōu)于其他測距儀的特點(diǎn)：測量精度高、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕。因此廣泛應(yīng)用于軍事、科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)、建設(shè)等各個方面。一、激光測距的國內(nèi)外現(xiàn)狀1960年，世界

2、上第一臺紅寶石激光器誕生，激光所具有的單色性好、方向性強(qiáng)和高亮度性引起了人們的普遍關(guān)注。隨后科學(xué)家和工程師們就提出了激光測距、激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)研制的構(gòu)想，并開展了大量研究工作。作為激光雷達(dá)的原型，激光測距儀以其體積小巧，性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)迅速取代了傳統(tǒng)的光學(xué)測距儀，成為光學(xué)測距主導(dǎo)產(chǎn)品。最突出發(fā)展的是衛(wèi)星測距機(jī)。1961年，美國已成功開發(fā)出世界上第一臺紅寶石激光測距系統(tǒng)。1969年，美國的坦克火控系統(tǒng)中的首次使用激光測距系統(tǒng)。同年，科學(xué)家們利用激光測距系統(tǒng)精確測量出地球測試點(diǎn)和月球反射器間的距離。二極管激光測距儀的研究起始于在20世紀(jì)60年代末，80年代中期開始

3、陸續(xù)解決了激光裝置、光學(xué)系統(tǒng)和信號處理電路的關(guān)鍵技術(shù)，在20世紀(jì)80年代后期進(jìn)入應(yīng)用研究階段，并開發(fā)了各種不同用途的射頻模組原型，20世紀(jì)90年代中期，各種成熟的產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。國外大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和公司都進(jìn)行了對脈沖半導(dǎo)體激光測距系統(tǒng)的研究。SchwartzElectro-Optics公司為美國的國家數(shù)據(jù)中心研制了激光波長測量裝置，開發(fā)了無人海浪測量站，并為美國聯(lián)邦政府的公路總局開發(fā)了激光自動感應(yīng)車輛行駛速度和高度的測量系統(tǒng)，提高了交通效率；還開發(fā)了軍用直升機(jī)激光防碰撞報警裝置。EXXON公司研制了用于海洋石油勘探開發(fā)的激光二極管角度測距系統(tǒng)。1992年，美國亞

4、特蘭大激光公司研制了警方使用的手持式人眼安全激光二極管測距儀，用于測量車輛的距離和速度。在1996年下半年，美國Bushnell公司開發(fā)了400米的400型LD激光測距儀Yaddaga400，1997被評為世界上100個重大科技成果之一，同年，他們推出了測距能力為800米的800型激光測距機(jī)。美國Lecia公司也研制了小型LD測距儀，測量距離為0.2~30m。自1995年以來對人眼安全的半導(dǎo)體激光測距技術(shù)的發(fā)展十分迅速，推出了波長為800~900nm范圍內(nèi)、峰值功率為KW、脈沖寬度20~50ns、測量距離10m~1km非合作目標(biāo)激光測距系統(tǒng)。目前國際上脈沖式激

5、光測距的系統(tǒng)研究主要向著髙精度、遠(yuǎn)距離、發(fā)射脈沖窄、測距范圍廣等方向進(jìn)行。在這種研究方向的指引下，國際上對激光測距研究的技術(shù)水平有了很大提高：Leica公司所生產(chǎn)的測距望遠(yuǎn)鏡，其測距的范圍從10m~1.2km，其測距精度小于±lm，Bushnell公司的激光測距儀的測量范圍從15m~1.5km，7加拿大NEWCON公司生產(chǎn)的LRM2500CI型激光測距機(jī)的最大測程可達(dá)2500m。在20世紀(jì)80年代開始研究開發(fā)的國內(nèi)的激光測距機(jī)是在原來的固體、氣體激光測距儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。目前，已具備了基礎(chǔ)技術(shù)，主要是為了解決工程難題，開發(fā)出各種應(yīng)用產(chǎn)品。航天科工集團(tuán)公司八

6、三五八所研制了測量范圍200m，0.5m精度，重復(fù)頻率l00Hz的激光測距儀。上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制的便攜式激光測距儀，對漫反射混凝土墻的測距可達(dá)100m，釆用300MHz的計數(shù)方法，精度為0.5m，重復(fù)頻率1KHz。中國計量學(xué)院信息工程系光電子所與國外合作研發(fā)了低成本、便攜式半導(dǎo)體激光測距儀。常州萊賽公司開發(fā)了作用距離為200m的半導(dǎo)體激光測距儀。由西南技術(shù)物理研究所研制的半導(dǎo)體激光髙度表，工作波長為905nm，重復(fù)率l00Hz。一、激光測距的方法及原理激光的出現(xiàn)，標(biāo)志著人們掌握和利用光波進(jìn)入一個新階段。激光技術(shù)出現(xiàn)之后，很快被應(yīng)用到各類測量(大地測量、

7、地形測量、工程測量、航空攝影測量，以及人造地球衛(wèi)星的觀測和月球的光學(xué)定位等航天測量)中，使測量方法不斷革新，測量精度顯著提高．引起了測量領(lǐng)域內(nèi)的深刻變化。激光測距是其中應(yīng)用最早且最為成熟的一種。激光測距分為相對距離測量和絕對距離測量，常用的方法有:干涉法、反饋法、脈沖法、相位法、三角測量法、縱模拍頻測距法等多種方法，這些方法各有特點(diǎn)，分別應(yīng)用于不同的測量環(huán)境和測量領(lǐng)域。2.1干涉法干涉法激光測距是通過移動被測目標(biāo)并對相干光進(jìn)行測量，經(jīng)計算的數(shù)量完成距離增量的測量，因此干涉法測量的靈敏度非常高，達(dá)到納米級的測量。激光的干涉測距是經(jīng)典的精密測距方法，根據(jù)光的干涉原

8、理，兩列具有固定相位差，而且有相同頻率