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《激光測(cè)距方法綜述》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、激光測(cè)距方法綜述引言激光測(cè)距就是通過(guò)激光往返的時(shí)間來(lái)測(cè)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(shuō)相干性好，普通燈源或太陽(yáng)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(yáng)表面的亮度大。因而采用激光器做光源的測(cè)距儀也就有一些優(yōu)于其他測(cè)距儀的特點(diǎn)：測(cè)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(gè)方面。一、激光測(cè)距的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)
2、狀1960年，世界上第一臺(tái)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(cè)距、激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)研制的構(gòu)想，并開(kāi)展了大量研究工作。作為激光雷達(dá)的原型，激光測(cè)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(cè)距儀，成為光學(xué)測(cè)距主導(dǎo)產(chǎn)品。最突出發(fā)展的是衛(wèi)星測(cè)距機(jī)。1961年，美國(guó)已成功開(kāi)發(fā)出世界上第一臺(tái)紅寶石激光測(cè)距系統(tǒng)。1969年，美國(guó)的坦克火控系統(tǒng)中的首次使用激光測(cè)距系統(tǒng)。同年，科學(xué)家們利用激光測(cè)距系統(tǒng)精確測(cè)量出地球測(cè)試點(diǎn)和月球反射器間的距離。二極管激光測(cè)距儀的研究起始于在
3、20世紀(jì)60年代末，80年代中期開(kāi)始陸續(xù)解決了激光裝置、光學(xué)系統(tǒng)和信號(hào)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(kāi)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(guó)外大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和公司都進(jìn)行了對(duì)脈沖半導(dǎo)體激光測(cè)距系統(tǒng)的研究。SchwartzElectro-Optics公司為美國(guó)的國(guó)家數(shù)據(jù)中心研制了激光波長(zhǎng)測(cè)量裝置，開(kāi)發(fā)了無(wú)人海浪測(cè)量站，并為美國(guó)聯(lián)邦政府的公路總局開(kāi)發(fā)了激光自動(dòng)感應(yīng)車(chē)輛行駛速度和高度的測(cè)量系統(tǒng)，提高了交通效率；還開(kāi)發(fā)了軍用直升機(jī)激光防碰撞報(bào)警裝置。EXXON公司研制了用于海洋石
4、油勘探開(kāi)發(fā)的激光二極管角度測(cè)距系統(tǒng)。1992年，美國(guó)亞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(cè)距儀，用于測(cè)量車(chē)輛的距離和速度。在1996年下半年，美國(guó)Bushnell公司開(kāi)發(fā)了400米的400型LD激光測(cè)距儀Yaddaga400，1997被評(píng)為世界上100個(gè)重大科技成果之一，同年，他們推出了測(cè)距能力為800米的800型激光測(cè)距機(jī)。美國(guó)Lecia公司也研制了小型LD測(cè)距儀，測(cè)量距離為0.2~30m。自1995年以來(lái)對(duì)人眼安全的半導(dǎo)體激光測(cè)距技術(shù)的發(fā)展十分迅速，推出了波長(zhǎng)為800~900nm范圍內(nèi)、峰值功率為KW、脈沖寬度20~5
5、0ns、測(cè)量距離10m~1km非合作目標(biāo)激光測(cè)距系統(tǒng)。目前國(guó)際上脈沖式激光測(cè)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(cè)距范圍廣等方向進(jìn)行。在這種研究方向的指引下，國(guó)際上對(duì)激光測(cè)距研究的技術(shù)水平有了很大提高：Leica公司所生產(chǎn)的測(cè)距望遠(yuǎn)鏡，其測(cè)距的范圍從10m~1.2km，其測(cè)距精度小于±lm，Bushnell公司的激光測(cè)距儀的測(cè)量范圍從15m~1.5km，7加拿大NEWCON公司生產(chǎn)的LRM2500CI型激光測(cè)距機(jī)的最大測(cè)程可達(dá)2500m。在20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)的激光測(cè)距機(jī)是在原來(lái)的固體、氣體激光測(cè)距儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)
6、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(kāi)發(fā)出各種應(yīng)用產(chǎn)品。航天科工集團(tuán)公司八三五八所研制了測(cè)量范圍200m，0.5m精度，重復(fù)頻率l00Hz的激光測(cè)距儀。上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制的便攜式激光測(cè)距儀，對(duì)漫反射混凝土墻的測(cè)距可達(dá)100m，釆用300MHz的計(jì)數(shù)方法，精度為0.5m，重復(fù)頻率1KHz。中國(guó)計(jì)量學(xué)院信息工程系光電子所與國(guó)外合作研發(fā)了低成本、便攜式半導(dǎo)體激光測(cè)距儀。常州萊賽公司開(kāi)發(fā)了作用距離為200m的半導(dǎo)體激光測(cè)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(zhǎng)為905nm，重復(fù)率l00Hz。一、激光測(cè)距的方法
7、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(gè)新階段。激光技術(shù)出現(xiàn)之后，很快被應(yīng)用到各類(lèi)測(cè)量(大地測(cè)量、地形測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量，以及人造地球衛(wèi)星的觀測(cè)和月球的光學(xué)定位等航天測(cè)量)中，使測(cè)量方法不斷革新，測(cè)量精度顯著提高．引起了測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)的深刻變化。激光測(cè)距是其中應(yīng)用最早且最為成熟的一種。激光測(cè)距分為相對(duì)距離測(cè)量和絕對(duì)距離測(cè)量，常用的方法有:干涉法、反饋法、脈沖法、相位法、三角測(cè)量法、縱模拍頻測(cè)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(cè)量環(huán)境和測(cè)量領(lǐng)域。2.1干涉法干涉法激光測(cè)距是通過(guò)移動(dòng)被測(cè)目標(biāo)并對(duì)相干光進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)計(jì)
8、算的數(shù)量完成距離增量的測(cè)量，因此干涉法測(cè)量的靈敏度非常高，達(dá)到納米級(jí)的測(cè)量。激光的干涉測(cè)距是經(jīng)典的精密測(cè)距方法，根據(jù)光的干涉原理，兩列具有固定相位差，而且有相同頻率
