激光測距技術(shù)原理

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1、激光測距技術(shù)原理：1.激光的亮度高。固體激光器的亮度更可高達1011W／cm2Sr這是因為激光雖然功率有限，但是由于光束極小，于是具有極高的功率密度，所以激光的亮度一般都大于我們所見所有光（包括可見光中的強者：太陽光），這也是激光可用于星際測量的根本原因所在；2.激光的單色性好。這是因為激光的光譜頻率組成單一。3.激光的方向性好。激光具有非常小的光束發(fā)散角，經(jīng)過長距離的飛行以后仍然能夠保持直線傳輸；4.激光的相干性好。我們通常所見到的可見光是非相干光，激光可以做到他們都做不到的事情，比如說切割鋼材。在測距領(lǐng)域，

2、激光的作用更是不容忽視，可以這樣說，激光測距是激光應用最早的領(lǐng)域（1960年產(chǎn)生，1962年即被應用于地球與月球間距離的測量）。測量的精確度和分辨率高、抗干擾能力強，體積小同時重量輕的激光測距儀受到了大多數(shù)有測距需求的企業(yè)、機構(gòu)或個人的青睞，其市場需求空間大，應用領(lǐng)域廣行業(yè)需求多，并且起著日益重要的作用。一、相位法激光測距技術(shù)原理：5當今市場上主流的激光測距儀是基于相位法的激光測距儀。這是因為基于相位法的激光測距儀輕易地就可以克服超聲波測距的一大缺陷：誤差過大，使測量精度達到毫米級別。而基于此法的激光測距儀主要

3、的缺點在于電路復雜、作用距離較短（一百米左右，經(jīng)過眾多科學工作者的努力，現(xiàn)在也有作用距離在幾百米的相位法激光測距儀）。相位法激光測距技術(shù)，是采用無線電波段頻率的激光，進行幅度調(diào)制并將正弦調(diào)制光往返測距儀與目標物間距離所產(chǎn)生的相位差測定，根據(jù)調(diào)制光的波長和頻率，換算出激光飛行時間，再依次計算出待測距離。該方法一般需要在待測物處放置反射鏡，將激光原路反射回激光測距儀，由接收模塊的鑒波器進行接收處理。也就是說，該方法是一種有合作目標要求的被動式激光測距技術(shù)。如下圖所示：由圖所顯示的關(guān)系，我們可以知道，用正弦信號調(diào)制發(fā)

4、射信號的幅度，通過檢測從目標反射的回波信號與發(fā)射信號之間的相移φ，通過計算即可以得到待測距離。ΔD=ct/2①t=φ/ω②又有ω=2nf③φ=N+Δφ④即D=（N+Δφ）*c/(4nf)⑤5其中，D是待測距離，也即測距儀與目標物間距離；C是光速，等于299792458m/s（假設(shè)光速未受環(huán)境影響）；t是往返測距儀與目標物間距離一次的時間；φ是激光光束往返一次后所形成的相位差；Δφ是激光光束往返一次后所形成的相位差不足半波長的部分；N是相位差中半波長的個數(shù)；ω是調(diào)制信號的角頻率。由于N的個數(shù)在激光飛行之后并不能確

5、定，所以這就導致了基于相位法的激光測距儀只能測定Δφ，相位差中不足半波長的部分。這就形成了相位法的內(nèi)傷：最長作用距離固定，由調(diào)制光的波長決定。但是從另一方面看，相位法激光測距儀可以準確地測量半個波長內(nèi)的相位差，這也成就了相位法激光測距儀最為突出的優(yōu)點：測量精度高，可達到毫米級別。一、脈沖法激光測距技術(shù)原理：5相位法與超聲波測速測距所用方法相類似，最大測量距離通常為幾百米，能較容易達到毫米的數(shù)量級，但是按照該方法設(shè)計的測距儀的最大測量距離是受到限制的，不可擴展。該方法主要在國外應用較廣。而脈沖法激光測距一般采用紅

6、外激光，包括近紅外激光和中紅外激光。該波段激光有可見和非可見之分。且基于此技術(shù)的測距儀對相干性要求低、速度快、實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、峰值輸出功率高、重復頻率高且范圍大，所以此項目使用的是脈沖方法設(shè)計手持激光測距儀。脈沖法激光測距的原理是：如上圖，激光測距設(shè)備對準測量目標——Target，發(fā)送光脈沖，光脈沖在經(jīng)過光學鏡頭時，一束被透鏡前的平面鏡反射，進入激光反饋計時模塊，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及放大濾波整流后，電平信號送入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的開始計時端；另一束激光脈沖經(jīng)過透鏡壓縮發(fā)散角后，開始飛行，遇到目標障礙物后發(fā)生漫反射，部分激光

7、返回到激光接收處理電路，同樣地，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換及放大濾波整流后，所形成的電平信號送入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片結(jié)束計時端，即完成整個測量過程。5其中，設(shè)D為待測距離，T為往返測量點與待測物間距離所用時間，C為激光在空氣中傳播的速度（假設(shè)已設(shè)置測量的環(huán)境參數(shù)），n為測量時大氣折射率，那么，易得：D=CT/2n非常簡單地，我們把對距離的測量轉(zhuǎn)變?yōu)閷r間差的測量，所以，在脈沖式激光測距中，需要測量的只是發(fā)射與接收激光的時間間隔、受環(huán)境因素影響的大氣折射率、環(huán)境參數(shù)及激光傳播速度。這就是脈沖式測距的理論原理。5