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(dá)1011W／cm2Sr這是因?yàn)榧す怆m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(qiáng)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?yàn)榧す獾墓庾V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(yīng)用最早的領(lǐng)域（1960年產(chǎn)生，1962年即被應(yīng)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(qiáng)，體積小同時(shí)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(jī)構(gòu)或個(gè)人的青睞，其市場需求空間大，應(yīng)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(dāng)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?yàn)榛谙辔环ǖ募す鉁y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(dá)到毫米級別。而基于此法的激光測距儀主要

3、的缺點(diǎn)在于電路復(fù)雜、作用距離較短（一百米左右，經(jīng)過眾多科學(xué)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(jìn)行幅度調(diào)制并將正弦調(diào)制光往返測距儀與目標(biāo)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(shí)間，再依次計(jì)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(jìn)行接收處理。也就是說，該方法是一種有合作目標(biāo)要求的被動(dòng)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(biāo)反射的回波信號與發(fā)射信號之間的相移φ，通過計(jì)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(biāo)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(biāo)物間距離一次的時(shí)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(gè)數(shù)；ω是調(diào)制信號的角頻率。由于N的個(gè)數(shù)在激光飛行之后并不能確

5、定，所以這就導(dǎo)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(zhǔn)確地測量半個(gè)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(diǎn)：測量精度高，可達(dá)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(dá)到毫米的數(shù)量級，但是按照該方法設(shè)計(jì)的測距儀的最大測量距離是受到限制的，不可擴(kuò)展。該方法主要在國外應(yīng)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(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、峰值輸出功率高、重復(fù)頻率高且范圍大，所以此項(xiàng)目使用的是脈沖方法設(shè)計(jì)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(zhǔn)測量目標(biāo)——Target，發(fā)送光脈沖，光脈沖在經(jīng)過光學(xué)鏡頭時(shí)，一束被透鏡前的平面鏡反射，進(jìn)入激光反饋計(jì)時(shí)模塊，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及放大濾波整流后，電平信號送入時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的開始計(jì)時(shí)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(biāo)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(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片結(jié)束計(jì)時(shí)端，即完成整個(gè)測量過程。5其中，設(shè)D為待測距離，T為往返測量點(diǎn)與待測物間距離所用時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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