第一篇：雙目雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡的分類(lèi)介紹（寫(xiě)寫(xiě)幫推薦）

雙目雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡的分類(lèi)介紹

雙目激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，與通常的單目測(cè)距望遠(yuǎn)鏡，或單目激光測(cè)距儀，外觀(guān)和使用方法有所不同，它在望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)上增加激光系統(tǒng)，使之成為在望無(wú)限遠(yuǎn)中觀(guān)測(cè)有效測(cè)程距離。與單目測(cè)距望遠(yuǎn)鏡相比，觀(guān)測(cè)視野更寬廣舒適，觀(guān)察的測(cè)量范圍越遠(yuǎn)。雙目測(cè)距激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)距離，在1000米以上。隨著性能的提高，所以，一般雙目激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡都要遠(yuǎn)貴于單目測(cè)距望遠(yuǎn)鏡。讓我們一起看看，現(xiàn)在都有哪些雙目雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡吧！

按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)區(qū)分，雙目雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡共分為兩種類(lèi)型：一種是可以調(diào)節(jié)眼距的雙目激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡，另一種是固定眼距的雙目雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡。

首先，我們來(lái)看看可調(diào)節(jié)眼距的雙目激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡都有哪些： 1.德國(guó)Zeiss Victory蔡司勝利RF系列雙筒測(cè)距望遠(yuǎn)鏡

蔡司除了擁有一款口袋級(jí)Victory 8x26 T* PRF單筒激光測(cè)距儀外，它還生產(chǎn)雙筒測(cè)距望遠(yuǎn)鏡。目前共有四款在售：Victory 8x45 T* RF、Victory 10x45 T* RF、Victory 8x56 T* RF、Victory 10x56 T* RF。蔡司測(cè)距望遠(yuǎn)鏡秉承蔡司光學(xué)一貫出色品質(zhì)，光學(xué)成像效果很不錯(cuò)，但就是價(jià)格上頗貴，2萬(wàn)5起步。測(cè)量范圍在10米至1200米。2.德國(guó)Leica Geovid徠卡雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡

德國(guó)徠卡共有4款高清雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡：10X42HD、8X56HD、15X56HD、8X42HD-B。2萬(wàn)元起步，測(cè)量范圍在10米至1300米。由于中國(guó)沒(méi)有徠卡望遠(yuǎn)鏡的授權(quán)代理商，徠卡望遠(yuǎn)鏡在中國(guó)很難買(mǎi)到正品行貨。

3.美國(guó)Onick 歐尼卡ARC系列雙筒測(cè)距望遠(yuǎn)鏡

美國(guó)歐尼卡共有3款8X42雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡熱銷(xiāo)：1200ARC、1500ARC、1800ARC。相比蔡司、徠卡的雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡LCD視野內(nèi)紅色數(shù)據(jù)顯示，歐尼卡ARC測(cè)距望遠(yuǎn)鏡是黑色數(shù)據(jù)顯示，在太陽(yáng)光照強(qiáng)烈情況下也能清晰識(shí)別數(shù)據(jù)，測(cè)量范圍在5米到1800米，近焦距離更近，售價(jià)方面，不高于1萬(wàn)。性?xún)r(jià)比更高。

4.德國(guó)Steiner Nighthunter視得樂(lè)夜鷹系列雙筒測(cè)距望遠(yuǎn)鏡

目前，德國(guó)視得樂(lè)僅這一款帶有測(cè)距功能的望遠(yuǎn)鏡，視得樂(lè)夜鷹系列2300，市場(chǎng)售價(jià)在2萬(wàn)起步。測(cè)量范圍在25米至1700米，測(cè)量盲區(qū)相比其他同類(lèi)產(chǎn)品較遠(yuǎn)。也就是說(shuō)目標(biāo)在25米內(nèi)是不可以測(cè)出數(shù)據(jù)來(lái)的。最遠(yuǎn)的距離也不及美國(guó)歐尼卡ARC1800米最遠(yuǎn)距離。性?xún)r(jià)比較低，不推薦選購(gòu)。

5.美國(guó)Bushnell博士能雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡

已經(jīng)停產(chǎn)的博士能非常經(jīng)典的201042 1400米雙筒激光測(cè)距儀。博士能2013年新品 12X50、10X42兩款質(zhì)量相對(duì)老款，大幅下降，市場(chǎng)份額也大幅下降。測(cè)量范圍在10-1600米。

固定眼距的雙目雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡有哪些：

固定眼距的雙目雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡，被往往運(yùn)用到軍事觀(guān)察領(lǐng)域。測(cè)量能力更強(qiáng)大，功能模式更多，才能適應(yīng)更專(zhuān)業(yè)的軍事高強(qiáng)度訓(xùn)練。在這個(gè)領(lǐng)域主要做的最好的就是加拿大NEWCON紐康、和瑞士VECTOR徠卡品牌。

1.加拿大NEWCON紐康

紐康超遠(yuǎn)距離的雙目激光測(cè)距儀大部分型號(hào)包含有測(cè)距、測(cè)速、測(cè)方位角、記錄最近10次測(cè)量記錄、支持三腳架安裝、GPS/計(jì)算機(jī)輸出等功能。目前有LRB3000PRO、LRB4000CI、紐康LRB6000CI、紐康LRB20000C、紐康LRB12K/LRBKNIGHT、紐康LRB21K推出，其中LRB3000PRO最為熱賣(mài)的型號(hào)，測(cè)量范圍在10米到3000米，售價(jià)在2萬(wàn)至3萬(wàn)元左右。紐康測(cè)程最遠(yuǎn)的是LRB21K，可達(dá)2.1公里遠(yuǎn)。紐康的雙目激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡能滿(mǎn)足不同用戶(hù)對(duì)于不同測(cè)程的需求。選擇遠(yuǎn)距離的雙筒測(cè)距望遠(yuǎn)鏡，可首先考慮加拿大紐康品牌。

2.瑞士VECTOR徠卡

徠卡VECTOR雙目激光測(cè)距儀，相比紐康，價(jià)格相當(dāng)于購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)寶馬，30-40萬(wàn)。由于徠卡VECTOR雙目激光測(cè)距儀屬于購(gòu)買(mǎi)管制產(chǎn)品，一般市場(chǎng)上很難滿(mǎn)足供應(yīng)需求。且購(gòu)買(mǎi)貨期需要等上很久。目前，共有VECTOR IV、VECTOR21和VECTOR23，其他型號(hào)都已停產(chǎn)。VECTOR 23是最新款產(chǎn)品，測(cè)量范圍在25-25000米。紐康LRB12K可以完美媲美VECTOR21。測(cè)量精度更高，達(dá)到1米，重量更輕便。傳輸接口選擇更多，適應(yīng)力更強(qiáng)。

總結(jié)

世界上所有的雙目測(cè)距望遠(yuǎn)鏡都在此集結(jié)，總有一款適合你需求。記住選購(gòu)遵守3大要素，功能需求、預(yù)算能力、品牌要求。綜合起來(lái)匯成三個(gè)字“性?xún)r(jià)比”。

第二篇：激光測(cè)距應(yīng)用

激光測(cè)距應(yīng)用

應(yīng)用領(lǐng)域：

電力、水利、通訊、環(huán)境、建筑、地質(zhì)、警務(wù)、消防、爆破、航海、鐵路、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、房地產(chǎn)、休閑/戶(hù)外、反恐/軍事 主要應(yīng)用方向：

? 在鋼鐵廠(chǎng)和軋鋼廠(chǎng)用于過(guò)程監(jiān)控 ? 料位、液位的測(cè)量

? 行車(chē)定位系統(tǒng)、裝卸處理設(shè)備的定位系統(tǒng)

? 對(duì)人力所不能到達(dá)部位的測(cè)量，如罐裝物、管道、集裝箱等 ? 車(chē)輛、船舶的定位監(jiān)控系統(tǒng) ? 起重安裝設(shè)備位置控制 ? 不宜接近的物體測(cè)量

? 距離、位置、液位、料位、生產(chǎn)線(xiàn)料坯傳送定位 ? 行吊XY定位 ? 電梯運(yùn)行測(cè)量 ? 大型工件裝配定位 ? 運(yùn)動(dòng)物體位置監(jiān)控 ? 大型貨架庫(kù)存管理 ? 超大物體幾何計(jì)量 ? 靶距自動(dòng)控制 ? 電氣化鐵路接觸網(wǎng)測(cè)量

? 鐵路建筑物限界測(cè)量以及江河湖海等的水位測(cè)量。測(cè)距發(fā)展路線(xiàn)： ? 民用，手持式 ? 工業(yè)用，高可靠性 市場(chǎng)開(kāi)拓方式： ? 大客戶(hù)

? 代理商，借助代理商的客戶(hù)群 具體應(yīng)用示例： 1.汽車(chē)防撞探測(cè)器

一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)現(xiàn)有汽車(chē)碰撞預(yù)防系統(tǒng)的激光測(cè)距傳感器使用激光光束以不接觸方式用于識(shí)別汽車(chē)在前或者在后形勢(shì)的目標(biāo)汽車(chē)之間的距離，當(dāng)汽車(chē)間距小于預(yù)定安全距離時(shí)，汽車(chē)防碰撞系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行緊急剎車(chē)，或者對(duì)司機(jī)發(fā)出報(bào)警，或者綜合目標(biāo)汽車(chē)速度、車(chē)距、汽車(chē)制動(dòng)距離、響應(yīng)時(shí)間等對(duì)汽車(chē)行駛進(jìn)行即時(shí)的判斷和響應(yīng)，可以大量的減少行車(chē)事故。在高速公路上使用，其優(yōu)點(diǎn)更加明顯。2.車(chē)流量監(jiān)控及車(chē)輪廓描畫(huà)

這種使用方式一般固定到高速或者重要路口的龍門(mén)架上，激光發(fā)射和接收垂直地面向下，對(duì)準(zhǔn)一條車(chē)道的中間位置，當(dāng)有車(chē)輛通行時(shí)，激光測(cè)距傳感器能實(shí)時(shí)輸出所測(cè)得的距離值的改變，進(jìn)而描繪出所測(cè)車(chē)的輪廓。這種測(cè)量方式一般使用的激光束發(fā)散角度較小，測(cè)距范圍一般小于30米即可，且要求激光測(cè)距速率比較高，一般要求達(dá)到幾百赫茲就可以了。這對(duì)于在重要路段監(jiān)控可以達(dá)到很好的效果，能夠區(qū)分各種車(chē)型，對(duì)車(chē)身掃描的采樣率可以達(dá)到10厘米一個(gè)點(diǎn)，且對(duì)車(chē)流限高，限長(zhǎng)等都能實(shí)時(shí)輸出結(jié)果。如圖3。在沒(méi)有車(chē)輛到來(lái)時(shí)，激光測(cè)距傳感器測(cè)出的是一個(gè)距離常量，也就是測(cè)距儀到地的距離，當(dāng)有車(chē)輛從測(cè)距儀下面經(jīng)過(guò)時(shí)，距離值改變，當(dāng)距離值再次回到常量就認(rèn)為有一輛車(chē)通過(guò)，根據(jù)這種方式我們可以對(duì)通過(guò)一些路段的車(chē)流量進(jìn)行監(jiān)控?，F(xiàn)在常用的方法是對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的車(chē)流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均的方法，帶有很大的估計(jì)成分，而視頻統(tǒng)計(jì)的方法還有很多現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的困難，因此，激光測(cè)距統(tǒng)計(jì)方法為車(chē)流量統(tǒng)計(jì)提供了一種可行的方案。3.車(chē)輛行人違法監(jiān)測(cè)

由于激光測(cè)距傳感器的光束不是實(shí)質(zhì)性的障礙，在利用激光測(cè)距傳感器對(duì)路面進(jìn)行監(jiān)控的時(shí)候，并不會(huì)阻礙交通的正常運(yùn)行。因此，在一些禁?；蛘呓剐腥塑?chē)輛通行的路段，用激光束平行路面以一定高度進(jìn)行固定發(fā)射或者以一定角度進(jìn)行掃描，當(dāng)遇到有車(chē)輛違法停車(chē)闖紅燈或者行人違法跨越護(hù)欄等，激光測(cè)距距離值改變，可以進(jìn)行報(bào)警或者警示。這種應(yīng)用光束不必要太寬，但一般要求測(cè)距距離比較長(zhǎng)，以確保一定路段長(zhǎng)度的防護(hù)距離。這種方式構(gòu)成的智能交通違法監(jiān)控系統(tǒng)將在交通物聯(lián)網(wǎng)中得到很大的應(yīng)用。4.激光測(cè)速傳感器

激光測(cè)距傳感器是激光測(cè)距技術(shù)在交通管理領(lǐng)域最早的一種形式，因?yàn)槠渥吭降男阅埽趯?shí)際應(yīng)用中逐漸得到普及。激光測(cè)距傳感器是采用激光測(cè)距的原理，是對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測(cè)距，取得在此時(shí)間間隔內(nèi)被測(cè)物體的距離變化，從而得到該被測(cè)物體的移動(dòng)速度。激光測(cè)速儀分為固定式的和移動(dòng)式兩種，固定式的一般固定在路邊或者龍門(mén)架上，以一個(gè)比較小的角度迎向來(lái)車(chē)，一般通過(guò)車(chē)牌反射進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度比較高，可以達(dá)到±1公里/小時(shí)，測(cè)速范圍可達(dá)250公里/小時(shí)，測(cè)距范圍在此應(yīng)用中不用太長(zhǎng)，一般80到100米即可。移動(dòng)式激光測(cè)速儀對(duì)操作要求比較高，一般光束發(fā)散角度要大于3 mrad，鑒于激光測(cè)速的原理，激光光束必須要瞄準(zhǔn)垂直與激光光束的平面反射點(diǎn)，又由于車(chē)輛處于移動(dòng)狀態(tài)，車(chē)體平面不大，且測(cè)速需要一定時(shí)間，只能作為臨時(shí)測(cè)速，取證應(yīng)用。激光測(cè)距傳感器由于光束發(fā)散角度較小，便于測(cè)速取證，不像雷達(dá)多普勒測(cè)速儀，在多車(chē)道測(cè)量時(shí)不能確知超速的具體車(chē)輛，且由于激光測(cè)速傳感器發(fā)射的是近紅外的光波，不能被雷達(dá)探測(cè)器、電子狗等探側(cè)，且不易受市區(qū)雷達(dá)雜波干擾。鑒于激光測(cè)距傳感器的上述優(yōu)點(diǎn)，在智能交通中的應(yīng)用將越來(lái)越普及。如圖2。

5.測(cè)量傳送帶上箱子的寬度

使用兩個(gè)發(fā)散型傳輸時(shí)間激光測(cè)距傳感器，在傳送帶的兩側(cè)面對(duì)面安裝。因?yàn)槌叽缱兓南渥勇涞絺魉蛶系奈恢檬遣还潭ǖ?，這樣，每個(gè)激光測(cè)距傳感器都測(cè)量出自己與箱子的距離，設(shè)一個(gè)距離為L(zhǎng)1，另一個(gè)為L(zhǎng)2。此信息送給PLC，PLC將兩個(gè)激光測(cè)距傳感器間總的距離減去L1和L2，從而可計(jì)算出箱子的寬度W。6.在港口碼頭上的使用 使用激光測(cè)距傳感器，可以測(cè)量船只到船只的距離和船只到船只的相對(duì)速度。在一艘船只移動(dòng)的過(guò)程中，用來(lái)檢測(cè)船只到碼頭或到另外的船只的的相對(duì)距離和速度，船只根據(jù)激光測(cè)距傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)，調(diào)整船只行進(jìn)的速度和航線(xiàn)。如果使用云臺(tái)可以測(cè)量一定角度范圍的物體的距離，并且可以知道在那個(gè)角度有物體，其距離和相對(duì)速度。7.在火車(chē)站上的使用

使用激光測(cè)距傳感器，可以測(cè)量火車(chē)到站臺(tái)的的距離和火車(chē)到火車(chē)到站臺(tái)的相對(duì)速度。

8.在石油鉆機(jī)上的使用

使用激光測(cè)距傳感器，可以測(cè)量游車(chē)到塔頂?shù)木嚯x和相對(duì)速度，防止“上碰下砸”事故的發(fā)生。

9、保護(hù)液壓成型沖模 機(jī)械手把一根預(yù)成型的管材放進(jìn)液壓成型機(jī)的下部沖模中，操作者必須保證每次放的位置準(zhǔn)確。在上部沖模落下之前，一個(gè)發(fā)散型傳感器測(cè)量出距離管子臨界段的距離，這樣可保證沖模閉合前處于正確位置。

10、二軸起重機(jī)定位

用兩個(gè)反射型傳感器面對(duì)反射器安裝，反射器安裝在橋式起重機(jī)的兩個(gè)移動(dòng)單元上。一個(gè)單元前后運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)左右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)起重機(jī)驅(qū)動(dòng)板架輥時(shí)，兩個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)各自到反射器的距離，通過(guò)PLC能連續(xù)跟蹤起重機(jī)的精確位置。

激光輪廓掃描儀

應(yīng)用方向： 港口應(yīng)用 1.岸吊大梁防撞

防止大梁與輪船上的煙囪、天線(xiàn)等相撞。2.岸吊集卡定位

通過(guò)測(cè)量集裝箱的輪廓來(lái)判斷卡車(chē)位置，通過(guò)面板顯示司機(jī)應(yīng)前進(jìn)或后退的距離。

3.輪胎吊地面防撞

通過(guò)區(qū)域保護(hù)功能，防止輪胎吊的前進(jìn)方向上與卡車(chē)、人物等障礙物碰撞，同時(shí)可起到防止兩臺(tái)輪胎吊相撞的目的。4.倒車(chē)?yán)走_(dá)

通過(guò)區(qū)域保護(hù)功能，防止港口重型車(chē)輛在倒車(chē)時(shí)與卡車(chē)、人物等障礙物碰撞。

5.輪胎吊/軌道吊防打保齡

通過(guò)測(cè)量堆場(chǎng)中集裝箱的輪廓，控制吊具的提升高度，確保吊具及吊具上的集裝箱不與堆場(chǎng)中的集裝箱碰撞，同時(shí)做到優(yōu)化操作路線(xiàn)，提高效率的功能。交通應(yīng)用 1.車(chē)輛超限檢測(cè)

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，測(cè)量過(guò)往車(chē)輛的最高，最寬值。2.貨車(chē)體積測(cè)量

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，測(cè)量過(guò)往車(chē)輛的最高，并計(jì)算車(chē)輛的體積。3.鐵路貨運(yùn)安全檢測(cè)門(mén)

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，測(cè)量過(guò)往車(chē)輛的截面，將截面數(shù)據(jù)與設(shè)定值對(duì)比，檢測(cè)是否超出。4.鐵軌障礙物檢測(cè)

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，測(cè)量在鐵軌上是否有障礙物及障礙物的大小、位置。其它應(yīng)用

1． 機(jī)器人和AGV自動(dòng)導(dǎo)航車(chē)

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航或防撞，或地圖掃描。2． 船閘應(yīng)用

通過(guò)區(qū)域檢測(cè)功能，檢測(cè)航道上是否有船經(jīng)過(guò)，以避免與船閘相撞。3． 盤(pán)煤系統(tǒng)

安裝在堆取料機(jī)上，自動(dòng)盤(pán)煤。4． 人數(shù)統(tǒng)計(jì)

監(jiān)控人流密度，控制區(qū)域安全及節(jié)能等作用。5． 安防

通過(guò)人眼不可見(jiàn)的紅外掃描，廣泛應(yīng)用于核電、軍隊(duì)、監(jiān)獄、博物館等重要場(chǎng)合的安防應(yīng)用。6． 地圖構(gòu)建

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)人車(chē)的自動(dòng)避障或周?chē)h(huán)境的輪廓掃描。7． 機(jī)器人輪廓掃描及定位

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，掃描物體的輪廓及位置，方便機(jī)器人抓取。市場(chǎng)開(kāi)拓方式： ? 大客戶(hù)

? 代理商，借助代理商的客戶(hù)群

具體應(yīng)用： 港口應(yīng)用 1.岸吊大梁防撞

防止大梁與輪船上的煙囪、天線(xiàn)等相撞。

2.岸吊集卡定位

通過(guò)測(cè)量集裝箱的輪廓來(lái)判斷卡車(chē)位置，通過(guò)面板顯示司機(jī)應(yīng)前進(jìn)或后退的距離。

3.輪胎吊地面防撞

通過(guò)區(qū)域保護(hù)功能，防止輪胎吊的前進(jìn)方向上與卡車(chē)、人物等障礙物碰撞，同時(shí)可起到防止兩臺(tái)輪胎吊相撞的目的。

4.倒車(chē)?yán)走_(dá)

通過(guò)區(qū)域保護(hù)功能，防止港口重型車(chē)輛在倒車(chē)時(shí)與卡車(chē)、人物等障礙物碰撞。

5.輪胎吊/軌道吊防打保齡

通過(guò)測(cè)量堆場(chǎng)中集裝箱的輪廓，控制吊具的提升高度，確保吊具及吊具上的集裝箱不與堆場(chǎng)中的集裝箱碰撞，同時(shí)做到優(yōu)化操作路線(xiàn)，提高效率的功能。

交通應(yīng)用 1.車(chē)輛超限檢測(cè)

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，測(cè)量過(guò)往車(chē)輛的最高，最寬值。

2.貨車(chē)體積測(cè)量

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，測(cè)量過(guò)往車(chē)輛的最高，并計(jì)算車(chē)輛的體積。

3.鐵路貨運(yùn)安全檢測(cè)門(mén)

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，測(cè)量過(guò)往車(chē)輛的截面，將截面數(shù)據(jù)與設(shè)定值對(duì)比，檢測(cè)是否超出。

4.鐵軌障礙物檢測(cè)

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，測(cè)量在鐵軌上是否有障礙物及障礙物的大小、位置。

其它應(yīng)用

1． 機(jī)器人和AGV自動(dòng)導(dǎo)航車(chē)

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航或防撞，或地圖掃描。

2． 船閘應(yīng)用

通過(guò)區(qū)域檢測(cè)功能，檢測(cè)航道上是否有船經(jīng)過(guò)，以避免與船閘相撞。

3． 盤(pán)煤系統(tǒng)

安裝在堆取料機(jī)上，自動(dòng)盤(pán)煤。

4． 人數(shù)統(tǒng)計(jì)

監(jiān)控人流密度，控制區(qū)域安全及節(jié)能等作用。

5． 安防

通過(guò)人眼不可見(jiàn)的紅外掃描，廣泛應(yīng)用于核電、軍隊(duì)、監(jiān)獄、博物館等重要場(chǎng)合的安防應(yīng)用。

6． 地圖構(gòu)建

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)人車(chē)的自動(dòng)避障或周?chē)h(huán)境的輪廓掃描。

7． 機(jī)器人輪廓掃描及定位

通過(guò)輪廓測(cè)量功能，掃描物體的輪廓及位置，方便機(jī)器人抓取。

第三篇：激光測(cè)距論文講解

激光測(cè)距及在軍事上的應(yīng)用 摘 要

激光技術(shù)這一高新技術(shù)，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，從機(jī)理原理，實(shí)驗(yàn)手段到制造工藝都已逐步成熟，且先進(jìn)的激光器不斷研制成功，并憑借其高亮度、方向性強(qiáng)、單色性好、相干性好的顯著特點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)是大顯神威。而激光武器經(jīng)過(guò)不斷地開(kāi)發(fā)和研究，目前已有了重大的進(jìn)展：低功率激光武器已開(kāi)始裝備部隊(duì)，高功率激光武器則在技術(shù)上已基本成熟，將在未來(lái)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)或局部戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮舉足輕重的作用。

本文簡(jiǎn)要介紹了脈沖激光測(cè)距原理及常見(jiàn)的激光測(cè)距儀，并對(duì)它們?cè)谲娛律系膽?yīng)用作了相應(yīng)的介紹。

關(guān)鍵詞：激光測(cè)距；激光測(cè)距儀； 軍事應(yīng)用

一、引言

激光測(cè)距是激光在軍事上應(yīng)用最早和最成熟的技術(shù)。自1960 年第一臺(tái)激光器--紅寶石激光器發(fā)明以來(lái)，便有人開(kāi)始進(jìn)行激光測(cè)距的研究。和微波測(cè)距等其它方法相比,激光測(cè)距具有更好的方向性和更高的測(cè)距精度,測(cè)程遠(yuǎn),抗干擾能力強(qiáng),隱蔽性好,因而得到廣泛的應(yīng)用。激光測(cè)距的研究還對(duì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用,因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中具有重要意義。根據(jù)所發(fā)射激光狀態(tài)的不同,激光測(cè)距分為激光脈沖測(cè)距和連續(xù)波激光測(cè)距,后者根據(jù)起止時(shí)刻標(biāo)識(shí)的不同又分為相應(yīng)激光測(cè)距和調(diào)頻激光測(cè)距。本文將介紹脈沖測(cè)距的最新技術(shù)發(fā)展。

二、脈沖激光測(cè)距原理

脈沖激光測(cè)距是利用激光脈沖持續(xù)時(shí)間極短,能量在時(shí)間上相對(duì)集中,瞬時(shí)功率很大(一般可達(dá)兆瓦)的特點(diǎn),在有合作目標(biāo)的情況下,脈沖激光測(cè)距可以達(dá)到極遠(yuǎn)的測(cè)程;在進(jìn)行幾公里的近程測(cè)距時(shí),如果精度要求不高,即使不使用合作目標(biāo),只是利用被測(cè)目標(biāo)對(duì)脈沖激光的漫反射索取的反射信號(hào),也可以進(jìn)行測(cè)距。圖1 脈沖飛行時(shí)間激光測(cè)距系統(tǒng)一個(gè)典型的脈沖飛行時(shí)間激光測(cè)距系統(tǒng)通常有以下五個(gè)部分組成:激光發(fā)射單元,一個(gè)或兩個(gè)接收通道,時(shí)刻鑒別單元,時(shí)間間隔測(cè)量單元和處理控制單元。激光發(fā)射單元在t0 時(shí)刻發(fā)射一激光脈沖,其中一小部分功率直接進(jìn)入接收通道1,經(jīng)時(shí)刻鑒別單元產(chǎn)生起始(START)信號(hào),開(kāi)始時(shí)間間隔測(cè)量;其余功率從發(fā)射天線(xiàn)向目標(biāo)發(fā)射出去,經(jīng)距離R 到達(dá)目標(biāo)后被反射;接收通道2 的光電探測(cè)器接收到返回脈沖,經(jīng)放大后到達(dá)時(shí)刻鑒別單元,產(chǎn)生一終止(STOP)信號(hào),終止時(shí)間間隔測(cè)量;時(shí)間間隔測(cè)量單元把所測(cè)得的結(jié)果t 輸出到處理控制單元,最后得到距離R=ct/2。

[1]

三、激光測(cè)距在軍事上的應(yīng)用 3.1 激光測(cè)距光源

戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略用脈沖激光測(cè)距儀主要包括紅寶石、Nd∶YAG、CO2、喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃等脈沖激光測(cè)距儀。3.3.1 紅寶石脈沖激光測(cè)距儀

0.69μm 的紅寶石脈沖激光測(cè)距儀是第一代軍用激光測(cè)距儀，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊。因工作波長(zhǎng)屬近紅外綠光，極易暴露目標(biāo)，加上對(duì)人眼極不安全，目前除少數(shù)應(yīng)用外已被淘汰。

3.1.2 Nd∶YAG 脈沖激光測(cè)距儀

Nd∶YAG 脈沖激光測(cè)距儀的主要優(yōu)點(diǎn)是隱蔽性、電效率和脈沖重復(fù)工作頻率大大優(yōu)于紅寶石激光測(cè)距儀，因而從60 年代后期開(kāi)始廣泛裝備部隊(duì)；主要缺點(diǎn)：①工作波長(zhǎng)為1.06μm，相對(duì)說(shuō)來(lái)較短，在大氣中的衰減較大，不完全適合自然霧和戰(zhàn)場(chǎng)煙幕等環(huán)境條件；② 1.06μm 波長(zhǎng)被發(fā)射后經(jīng)人眼聚焦進(jìn)入視網(wǎng)膜，在很短的距離上若不加防護(hù)觀(guān)察，可以使人眼永久致盲；③1.06μm 波長(zhǎng)不與8~12μm 熱成像系統(tǒng)兼容。而Nd∶YAG 脈沖激測(cè)距儀目前仍具有無(wú)法取代的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。3.1.3 CO2 脈沖激光測(cè)距儀

CO2 脈沖激光測(cè)距儀是70 年代末和80 年代中期主要針對(duì)1.06μm 的Nd∶YAG 激光測(cè)距儀的缺點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的新一代人眼安全激光測(cè)距儀。其主要優(yōu)點(diǎn)有：①大氣穿透能力優(yōu)于Nd∶YAG 激光波長(zhǎng)，能在較低能見(jiàn)度和戰(zhàn)場(chǎng)煙幕等大氣條件下工作；②能與8~12μm 波段內(nèi)的典型熱成像系統(tǒng)兼容并可共用接收光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器，能有效實(shí)現(xiàn)熱成像儀能探測(cè)到的絕大多數(shù)目標(biāo)；③能實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼安全。主要缺點(diǎn)是：①10.6μm 的CO2 激光波長(zhǎng)極易被水分子(H2O)吸收衰減，在大氣中含水蒸汽密度大的睛天和潮濕條件下，限制了它的最大測(cè)距能力，特別是雨天和目

標(biāo)被雪覆蓋時(shí)，目標(biāo)呈現(xiàn)多鏡面對(duì)稱(chēng)反射，對(duì)CO2 激光波長(zhǎng)測(cè)距不利；③10.6 μm 的CO2 激光波長(zhǎng)對(duì)戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的反射系數(shù)低于1.54、1.06 和0.69μm 的激光波長(zhǎng)。

3.1.4 喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脈沖激光測(cè)距儀

喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脈沖激光測(cè)距儀也和CO2 一樣發(fā)展于70 年代末和80年代中期，主要優(yōu)點(diǎn)是：①大氣穿透能力高于1.06μm 的Nd∶YAG 激光波長(zhǎng)而低于CO2 激光波長(zhǎng)；②對(duì)目標(biāo)的反射系數(shù)和在睛天、高溫度條件下測(cè)距時(shí)，其性能高于CO2 激光波長(zhǎng)并與Nd∶YAG 激光波長(zhǎng)相當(dāng)；③對(duì)人眼的安全性高于CO2 激光波長(zhǎng)。缺點(diǎn)是由于1.54μm 波長(zhǎng)屬中紅外波段，不能與8~12μm 的熱成像系統(tǒng)兼容，加上轉(zhuǎn)換效率低、脈沖能量小和重復(fù)工作頻率低(喇曼頻移Nd∶[3][2] YAG 除外)等限制了它們的應(yīng)用。3.2 脈沖激光測(cè)距在軍事上的應(yīng)用

脈沖激光測(cè)距儀作為軍用裝備器材，發(fā)展于60 年代初。經(jīng)過(guò)30 多年的開(kāi)發(fā)、研制和裝備，目前國(guó)外已完成了“手持式、腳架式、潛望式、坦克、裝甲、水面艦載、潛艇潛望、高炮、機(jī)載、機(jī)場(chǎng)測(cè)云、導(dǎo)彈和火箭發(fā)射、人造衛(wèi)星、航天器載”等約十三大類(lèi)400 多個(gè)品種和型號(hào)，其中裝備量最大的是以Nd∶YAG 為器件的固體脈沖激光測(cè)距儀，其次是喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃以及CO2 脈沖激光測(cè)距儀。

3.2.1 輕型便攜式脈沖激光測(cè)距儀

輕型便攜式脈沖激光測(cè)距儀包括步兵和炮兵偵察用的手持式以及前沿偵察和前沿對(duì)空控制(FAC)雙用途的激光測(cè)距儀—目標(biāo)指示器。對(duì)上述用途的系統(tǒng)，要求機(jī)動(dòng)靈活、重量輕、體積小、用電池組作電源、可靠性和維修性高以及單一產(chǎn)品的成本低等。主要技術(shù)性能：最大測(cè)程4~10km，測(cè)距精度±10m，重復(fù)頻率為單次，束散角1~2mrad。值得關(guān)注的的是，由于上述激光測(cè)距儀及其系統(tǒng)常與其他友軍密切配合作戰(zhàn)且不帶裝甲部隊(duì)大范圍訓(xùn)練以及無(wú)合作目標(biāo)、操作手不帶防護(hù)目鏡等，人眼安全極為重要。因此，這類(lèi)脈沖激光測(cè)距儀已逐漸由裝備N(xiāo)d∶YAG 激光測(cè)距儀改為喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃1.54μm 的人眼安全激光測(cè)距儀。

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，由以前單一的步兵、炮兵獨(dú)立作戰(zhàn)發(fā)展到有步兵、炮兵和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)組成的特種部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)，武器系統(tǒng)也由單一的地炮、高炮逐漸采用多功能綜合高技術(shù)。因此激光測(cè)距儀也由單一測(cè)距功能的便攜式、手持式發(fā)展到激光測(cè)距、紅外瞄準(zhǔn)的晝夜觀(guān)測(cè)儀以及激光測(cè)距、目標(biāo)指示、紅外瞄準(zhǔn)的激光紅外目標(biāo)指示器等。

3.2.2 地面車(chē)載脈沖激光測(cè)距儀

地面車(chē)載脈沖激光測(cè)距儀包括坦克、步兵戰(zhàn)車(chē)(IFV)、火控、對(duì)空防御、火炮或?qū)椫茖?dǎo)火控以及目前發(fā)展的地面車(chē)載激光測(cè)距儀—目標(biāo)指示器等。其主要技術(shù)性能：最大測(cè)程4~10km，測(cè)距精度±5~10m，目標(biāo)分辨約20m，重復(fù)頻率0.1~1Hz，束散角0.4~1mrad。激光測(cè)距儀在坦克火控系統(tǒng)中的應(yīng)用是提供彈道軌跡的超仰角修正信息和因逆風(fēng)或目標(biāo)移動(dòng)引起的方位角校正信息以及距離信息。步兵戰(zhàn)車(chē)主要是使用激光測(cè)距儀去測(cè)量目標(biāo)是否在反坦克導(dǎo)彈的距離內(nèi)，其次用于槍炮火控和對(duì)目標(biāo)的分選。為了做到激光測(cè)距儀完全有效地對(duì)任何能探測(cè)到的目標(biāo)測(cè)距以及通過(guò)火控系統(tǒng)全天候被動(dòng)探測(cè)、識(shí)別和分選，這些系統(tǒng)還應(yīng)包括：瞄準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)、電視攝像機(jī)和紅外熱成像儀(FLIR)等。這是目前非常迫切需要的但不可能通過(guò)任何單一功能和單一波長(zhǎng)激光測(cè)距儀能完全滿(mǎn)足的系統(tǒng)。據(jù)外刊報(bào) 道，美國(guó)休斯公司采用喇曼頻移Nd∶YAG 激光測(cè)距、電視攝像和紅外成像組成的坦克、裝甲車(chē)激光測(cè)距儀系統(tǒng)是目前最新型的設(shè)備。但是這種系統(tǒng)若采用1.06μm 的Nd∶YAG 激光測(cè)距，盡管在測(cè)距儀上裝上衰減濾光片，對(duì)合作目標(biāo)測(cè)距訓(xùn)練時(shí)已基本達(dá)到人眼安全要求，而經(jīng)論證后的坦克和步兵作戰(zhàn)的操作人員及指揮、作戰(zhàn)人員應(yīng)采取人眼安全措施，或者采用人眼安全的1.54μm 激光波長(zhǎng)測(cè)距，從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼安全的要求。3.2.3 對(duì)空火炮和導(dǎo)彈防御脈沖激光測(cè)距儀

對(duì)空防御的脈沖激光測(cè)距儀以及采用了自保護(hù)措施的步兵戰(zhàn)車(chē)對(duì)空防御脈沖激光測(cè)距儀均應(yīng)按火控系統(tǒng)和作戰(zhàn)系統(tǒng)的要求工作，在距離和距離速率以?xún)?nèi)對(duì)空中高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)提供穩(wěn)定的跟蹤信息和距離信息，以對(duì)抗武裝直升機(jī)、隱身飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈、反輻射導(dǎo)彈的威脅。這就要求激光測(cè)距儀提供比較高的數(shù)據(jù)率(高的激光脈沖速率)和相當(dāng)高的距離精度，如最大測(cè)程為4~20km，測(cè)距精度為

2.5~5m，重復(fù)頻率為6~20Hz，束散角為0.5~2.5mrad 等。然而，若其交戰(zhàn)距離相當(dāng)遠(yuǎn)(約達(dá)20km 以上)，這么遠(yuǎn)的距離實(shí)際對(duì)抗出現(xiàn)在不模糊的大氣條件下，僅要求激光測(cè)距儀的靈敏度比坦克測(cè)距儀稍高一些；若在某些高濕度季節(jié)或某些高溫度氣象區(qū)域內(nèi)，由于很強(qiáng)的H2O 分子吸收，限制了長(zhǎng)波長(zhǎng)(如10.6μm 的CO2)脈沖激光測(cè)距儀最大測(cè)距能力的發(fā)揮，此時(shí)，應(yīng)采用1.06μm 的Nd∶YAG 脈沖激光測(cè)距儀，或者采用喇曼頻移Nd∶YAG 及Er∶玻璃(1.54μm)的脈沖激光測(cè)距。

3.2.4 機(jī)載脈沖激光測(cè)距儀

機(jī)載脈沖激光測(cè)距儀可以用來(lái)裝備武裝直升機(jī)的導(dǎo)彈指令制導(dǎo)和裝備固定翼飛機(jī)，用于封鎖支援的光電飛行器等目標(biāo)以及攔截飛機(jī)和導(dǎo)彈的攻擊。這些典型應(yīng)用一般采用1.06μm的Nd∶YAG 激光測(cè)距儀并具有激光測(cè)距和目標(biāo)指示的能力，或者采用1.54μm 波長(zhǎng)的人眼安全喇曼頻移Nd∶YAG 脈沖激光測(cè)距儀_目標(biāo)指示器等，以保護(hù)機(jī)載系統(tǒng)完成作戰(zhàn)任務(wù)或主動(dòng)攻擊空中的光電目標(biāo)。機(jī)載脈沖

激光測(cè)距儀的主要技術(shù)性能：測(cè)程遠(yuǎn)(用于武裝直升機(jī)為4~10km，用于固定翼飛機(jī)為10~20kM)、測(cè)距精度高(用于武裝直升機(jī)為±5~10m，用于固定翼飛機(jī)為±1~10m)、重復(fù)頻率高(用于武裝直升機(jī)為4Hz，用于固定翼飛機(jī)為5~20Hz)、束散角小(用于武裝直升機(jī)為0.4~1mrad，用于固定翼飛機(jī)為0.1~0.5mrad)，同時(shí)機(jī)載設(shè)備應(yīng)體積小、重量輕并要與航空指示器共用。因此，激光器必須使用高效循環(huán)液體作冷卻器，以適應(yīng)高的運(yùn)轉(zhuǎn)速率要求，否則要采用氣體或混合氣體升壓冷卻。

3.2.5 艦載脈沖激光測(cè)距儀

艦載脈沖激光測(cè)距儀的發(fā)展在輕型便攜式、車(chē)載和對(duì)空防御激光測(cè)距儀之后，它包括水面艦載和潛艇潛望兩大類(lèi)。水面艦載脈沖激光測(cè)距儀在技術(shù)性能指標(biāo)方面與車(chē)載火控和對(duì)空防御激光測(cè)距儀相同，在環(huán)境使用方面要適應(yīng)艦載海[4] 空、海面以及海上鹽霧的荷刻要求，而在體積、重量、電效率、維護(hù)保養(yǎng)能力和成本等方面的要求又不苛刻。因此，目前大量用來(lái)裝備常規(guī)火控和對(duì)空防御的海軍艦只，如掩護(hù)(無(wú)聲雷達(dá))艦載飛機(jī)回收和與紅外熱成像、電視等組成跟蹤系統(tǒng)，全天候監(jiān)視和跟蹤空中目標(biāo)等獨(dú)特的艦上應(yīng)用正在出現(xiàn)，其應(yīng)用前景相當(dāng)廣泛 [5]。

四、結(jié)束語(yǔ)

激光武器不但反應(yīng)速度快，而且殺傷命中率特別高，幾乎是100%，因?yàn)榧す?武器以光束攻擊目標(biāo)，可以不考慮射擊提前量，而且目標(biāo)的機(jī)動(dòng)性也不會(huì)影響激光器的性能。所以，激光武器的殺傷率就非常高，一旦鎖住目標(biāo)，就能將其摧毀或破壞。另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是單發(fā)成本相當(dāng)?shù)?，每發(fā)僅1000 ~ 3000 美元。因此，用激光武器來(lái)對(duì)付在全世界擴(kuò)散的“ 廉價(jià)低空飛行器“ 大有好處。使用戰(zhàn)區(qū)高空防御武器或其它昂貴的反導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)對(duì)付近程火箭，其代價(jià)也太高。所以，發(fā)展激光防空武器就成了必然趨勢(shì)。[6] 參考文獻(xiàn)

［1］ 李適民.激光器件原理與設(shè)計(jì)［M］ 國(guó)防工業(yè)出版社 1998 ［2］ 陳家璧，彭潤(rùn)玲.激光原理及應(yīng)用[M] 電子工業(yè)出版社 2008 ［3］ 梅遂生，王戎瑞.光電子技術(shù)[M] 國(guó)防工業(yè)出版社 2008 ［4］ 陳婭冰等.激光武器新技術(shù)及應(yīng)用［ J］.激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2003：12－16 ［5］ 王樂(lè)．激光在現(xiàn)代軍事中的應(yīng)用[J]．光機(jī)電信息.2002，(6)：23—24 ［6］ 趙江，徐世錄.激光武器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J] 2005:67-70

第四篇：相位法激光測(cè)距的理論設(shè)計(jì)(綜合最新版)

相位法激光測(cè)距的理論設(shè)計(jì)

摘要

本文介紹了半導(dǎo)體激光技術(shù),并在傳統(tǒng)的相位法激光測(cè)距原理的基礎(chǔ)上, 參考激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì),運(yùn)用數(shù)字相關(guān)檢測(cè)的測(cè)量方法，提出一種把直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)相結(jié)合的新的相位激光測(cè)距理論設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)有助于簡(jiǎn)化電路、提高相位測(cè)距的精度。

關(guān)鍵詞： 相位激光測(cè)距，數(shù)字相關(guān)檢測(cè)，數(shù)字信號(hào)

Phase Type Laser Ranging Theoretical Design This article introduced the semiconductor laser technology, and in the traditional phase laser ranging principle foundation, the reference laser ranging optical system design, Using digital correlation detection measuring technique,proposing one kind the new phase laser ranging theoretical design which(DDS)technical and the digital signal processing(DSP)the technology unifies the direct digital frequency synthesis, for could overcome in the traditional phase range finder method the precision to enhance, the measuring range with difficulty difficulty with increases, the electric circuittoo is complex and so on the shortcoming provides has been possible to supply the reference the theoretical design.Key word：PHASE LASER RANGING，DIGITAL CORRELATION DETECTION，DIGITAL SIGNAL

目錄

第一章 引言.....................................................................................................................4 第二章 國(guó)內(nèi)外研究狀況.................................................................................................5 第三章 激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng).............................................................................................7 3．1 激光測(cè)距儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu).........................................................................................7 3．2光學(xué)系統(tǒng)圖示..........................................................................................................8 3．3 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要部件功能與作用.....................................................................9 3．4 主要參考性能數(shù)據(jù)...............................................................................................10 第四章 數(shù)字相關(guān)檢測(cè)技術(shù)改進(jìn)方法設(shè)計(jì)...................................................................11 4．1 激光相位式測(cè)距的基本原理.............................................................................11 4．2 數(shù)字信號(hào)處理(DSP)的簡(jiǎn)述.................................................................................13

4.2.1 數(shù)字信號(hào)處理的主要研究?jī)?nèi)容....................................................................14 4.2.2 測(cè)試信號(hào)數(shù)字化處理的基本步驟................................................................14 4.2.3 數(shù)字處理信號(hào)的優(yōu)勢(shì)....................................................................................15 4．3 直接數(shù)字頻率合成技術(shù).......................................................................................15

4.3.1 DDS的基本工作原理....................................................................................16 4．4 改進(jìn)的數(shù)字測(cè)相的框圖設(shè)計(jì)...............................................................................16 第五章 小結(jié)...................................................................................................................22 參 考 文 獻(xiàn).............................................................................................................23 致謝.................................................................................................................................24

第一章 引言

第一章 引言

激光，是一種自然界原本不存在的，因受激而發(fā)出的具有方向性好、亮度高、單色性好和相干性好等特性的光。物理學(xué)家把產(chǎn)生激光的機(jī)理溯源到1917年愛(ài)因斯坦解釋黑體輻射定律時(shí)提出的假說(shuō)，即光的吸收和發(fā)射可經(jīng)由受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射三種基本過(guò)程[1]。

所謂激光技術(shù)，就是探索開(kāi)發(fā)各種產(chǎn)生激光的方法以及探索應(yīng)用激光的這些特性為人類(lèi)造福的技術(shù)的總稱(chēng)。30多年來(lái)，激光技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，利用激光技術(shù)不僅研制了各個(gè)特色的多種多樣的激光器，而且隨著激光應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，形成了激光唱盤(pán)唱機(jī)、激光醫(yī)療、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新興產(chǎn)業(yè)。激光技術(shù)的飛速發(fā)展，使其成為當(dāng)今新技術(shù)革命的先鋒！

激光和普通光的根本不同在于它是一種有很高光子簡(jiǎn)并度的光。光子簡(jiǎn)并度可以理解為具有相同模式(或波型、位相、波長(zhǎng))的光子數(shù)目,即具有相同狀態(tài)的光子數(shù)目。這些特性使激光具有良好的準(zhǔn)直性及非常小的發(fā)散角,使儀器可進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的測(cè)量,適應(yīng)非常狹小和復(fù)雜的測(cè)量環(huán)境。激光測(cè)距儀就是利用激光良好的準(zhǔn)直性及非常小的發(fā)散角度來(lái)測(cè)量距離的一種儀器。激光在A(yíng)、B 兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為t, 則A、B 兩點(diǎn)間距離D 可表示為: D = c2t /2,式中, c為光在大氣中傳播的速度。由于光速極快, 對(duì)于一個(gè)不太大的D 來(lái)說(shuō), t是一個(gè)很小的量。如:假設(shè)D =15km, c = 3 3105 km / s,則t = 5 310-5 s。由測(cè)距公式可知,如何精確測(cè)量出時(shí)間t的值是測(cè)距的關(guān)鍵。

由于測(cè)量時(shí)間t的方法不同,便產(chǎn)生了兩種測(cè)距方法:脈沖測(cè)距和相位測(cè)距。其中相位測(cè)距更加精確[1]。

廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（相位法激光測(cè)距的理論設(shè)計(jì)）

第二章 國(guó)內(nèi)外研究狀況

相位式激光測(cè)距技術(shù)的研究起始于20 世紀(jì)60年代末,到80 年代中期陸續(xù)解決了激光器件、光學(xué)系統(tǒng)及信號(hào)處理電路中的關(guān)鍵技術(shù),80 年代后期轉(zhuǎn)入應(yīng)用研究階段,并研制出了各種不同用途的樣機(jī),90年代中期,各種成熟的產(chǎn)品不斷出現(xiàn),預(yù)計(jì)近期將是其應(yīng)用產(chǎn)品大發(fā)展的階段,在中、近程激光測(cè)距應(yīng)用方面有取代YAG激光的趨勢(shì)。隨著激光技術(shù)的發(fā)展, 應(yīng)用激光作精密光波測(cè)距系統(tǒng)的光源, 是現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的一個(gè)顯著特點(diǎn)。

據(jù)近年的資料, 國(guó)外用于大地測(cè)量、城市和工程測(cè)量的各類(lèi)光電測(cè)距儀約15000多臺(tái)。其中, 長(zhǎng)程及中程各占1/4, 短程測(cè)距儀占1/2。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已把各種激光測(cè)距儀紅外測(cè)距儀作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備, 裝備測(cè)量作業(yè)隊(duì)。

近年來(lái)，中長(zhǎng)程激光測(cè)距儀的技術(shù)發(fā)展有以下特點(diǎn):（1）普遍采用He-Ne激光光源, 功率為1～5mW;（2）普遍采用新穎的高效調(diào)制器, 如ADP(磷酸二氫銨NH4H2PO4), KDP(磷酸二氫鉀(KH2PO4)), KD*P(磷酸二氘鉀(KD2PO4))等；（3）向自動(dòng)化和數(shù)字化方向發(fā)展。中遠(yuǎn)程激光測(cè)距儀的精度主要是受到比例誤差的限制, 這是值得注意的。如美國(guó)的Geodolit-3G遠(yuǎn)程激光測(cè)距儀, 其數(shù)字測(cè)相的分辨力達(dá)±0.03 mm, 其固定誤差為±0.03 mm, 但它的比例誤差仍有1 mm/km[2]。為獲得測(cè)線(xiàn)的平均氣溫, 氣壓、濕度誤差影響￡1mm/km，還需要用飛機(jī)沿測(cè)線(xiàn)作氣象測(cè)定, 這對(duì)作業(yè)無(wú)疑是不方便的。對(duì)比之下, ±0.03 mm的測(cè)相分辨力, 對(duì)于單色激光的遠(yuǎn)程測(cè)距, 并不必需。

短程的光波測(cè)距儀通常以砷化鎵半導(dǎo)體(GaAs)紅外波段激光源的紅外測(cè)距儀為主, 實(shí)用上也有少量采用He-Ne激光作光源。這類(lèi)儀器普遍在向自動(dòng)化、數(shù)字化與小型化、一機(jī)多能的方向發(fā)展。按儀器的功能可分為單測(cè)距儀器, 測(cè)角與測(cè)距相結(jié)合的儀器, 測(cè)距、測(cè)角與計(jì)算三結(jié)合儀器(電子速測(cè)儀)及高精度的短程測(cè)距儀這四類(lèi)。

單測(cè)距的儀器都采用強(qiáng)制歸心基座可與經(jīng)緯儀交替使用, 以利于邊角測(cè)量和導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量的實(shí)施, 這類(lèi)儀器也可采用激光光源。角、距結(jié)合的儀器有二種: 一種是測(cè)距系統(tǒng)作為經(jīng)緯儀的附件, 積木式裝在經(jīng)緯儀上, 將自動(dòng)測(cè)距與經(jīng)緯儀測(cè)角相結(jié)合直接為水平距離并能作坐標(biāo)差Dx、Dy的計(jì)算.如DI-3及DI-3S;另一種能將自動(dòng)測(cè)距與光學(xué)測(cè)微器

3-廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（相位法激光測(cè)距的理論設(shè)計(jì)）

第三章 激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)

3．1 激光測(cè)距儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

激光電子測(cè)距儀一般由激光光源、激光調(diào)制及發(fā)射電路、光學(xué)系統(tǒng)、接收單元、高頻放大電路、采樣積分電路、邏輯電路、振蕩電路和微處理器部分組成,系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。激光光源采用半導(dǎo)體激光二極管。晶振部分包括主振單元和本振單元,通過(guò)頻率合成電路分別產(chǎn)生發(fā)射頻率信號(hào)和基準(zhǔn)混頻信號(hào)。發(fā)射頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)一定的波形變換和功率放大后,作用于激光二極管,進(jìn)行內(nèi)調(diào)制,發(fā)出調(diào)制激光信號(hào)[3]。

圖3.1 激光測(cè)距儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Fig.3.1 laser ranging equipment system structure 激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案及原理為：動(dòng)目標(biāo)指示,目標(biāo)速度分辨力8km/ h ；主動(dòng)成象,幀頻為100～200 幀/ s；精確測(cè)距 ；以每秒1000 次的速率編排并記錄方位、仰角、距離和時(shí)間數(shù)據(jù)；進(jìn)行坐標(biāo)變換,以便輸出高精度的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù),便于繪圖和數(shù)字顯示；使用程序指出方位上幾個(gè)區(qū)域,保證目標(biāo)或其它關(guān)鍵區(qū)域在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)安全控制。

連續(xù)波(GaA1As)激光發(fā)射機(jī);2連續(xù)波(CO2)激光發(fā)射機(jī);4、5聲光調(diào)制器;8、9-前置放大器;10散熱器;12、30-測(cè)距通道探測(cè)器;13二維電荷耦合器(CCD);15調(diào)準(zhǔn)傳感器;17本振通道;19后反射器;21、22、23氣體池;25柵鏡;27、33四分之一波片;29分束器;34、35方 位俯仰驅(qū)動(dòng)器;37廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（相位法激光測(cè)距的理論設(shè)計(jì)）

3．3 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要部件功能與作用

相位(GaA1As)激光發(fā)射機(jī)的作用是用于近場(chǎng)廣角截獲跟蹤目標(biāo), 并進(jìn)行目標(biāo)的粗測(cè);連續(xù)波(GaA1As)激光發(fā)射系統(tǒng)用于精確的測(cè)距;連續(xù)波(CO2)激光發(fā)射系統(tǒng)用于測(cè)量速度。微調(diào)反射鏡有兩對(duì),分別用于GaA1As 激光束和CO2 激光束的偏轉(zhuǎn)掃描,目標(biāo)截獲、跟蹤探測(cè)器采用二維的電荷耦合器件CCD。

電荷耦合器件的傳感功能是在光致信息電荷的存儲(chǔ)和傳輸兩個(gè)過(guò)程完成的。如果把被測(cè)目標(biāo)的光學(xué)圖象聚集在電荷耦合器件圖象傳感器的光敏區(qū)上,則其上個(gè)點(diǎn)所產(chǎn)生的光生載流子的數(shù)量,將與各象點(diǎn)上的圖象亮度相對(duì)應(yīng)。在一般稱(chēng)為光積分時(shí)間的時(shí)間間隔內(nèi),這些少數(shù)光生載流子分別被收集、存儲(chǔ)在就近的勢(shì)阱里,形成一個(gè)個(gè)的信息電荷包,每一個(gè)信息電荷包所儲(chǔ)存的信息電荷與電荷耦合器件工作表面上相應(yīng)位置的光強(qiáng)成正比,因而成為被測(cè)光學(xué)圖象的諸點(diǎn)取樣模擬。這樣,就把光學(xué)圖象轉(zhuǎn)變成為由信息電荷所描繪的電子圖象,完成了光電轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存信息的過(guò)程。為了按掃描順序取出各電荷包的信息電荷,使被接收的圖象以電信號(hào)的形式再現(xiàn)出來(lái),可在各個(gè)電極上依次施加有規(guī)則變化的時(shí)鐘脈沖電壓,各個(gè)電極下的勢(shì)阱深度也將作相應(yīng)的變化,從而使電荷包能夠沿半導(dǎo)體表面作定向運(yùn)動(dòng)。

二維電荷耦合器件的感光單元呈二維矩陣排列,組成感光區(qū)。由于傳輸和讀出結(jié)構(gòu)方式不同,面陣圖象器件有多種形式。碲鎘汞器件是目前性能最優(yōu)良的最有前途的光電導(dǎo)探測(cè)器。它的光譜響應(yīng)在8～4μm 之間,為大氣窗口波段,其峰值波長(zhǎng)為1016μm 與CO2 激光器的激光波長(zhǎng)相匹配,響應(yīng)時(shí)間約為10

第三章 激光測(cè)距光學(xué)系統(tǒng)

3．4 主要參考性能數(shù)據(jù)

作用距離0～30 ,000m 角度測(cè)量準(zhǔn)確度< ±110″ 分辨距離0.115m 角度覆蓋范圍180° 掃描角速度2°/ ms 角度偏轉(zhuǎn)范圍0～20°

連續(xù)波(GaA1As)激光器波長(zhǎng) 0185μm 連續(xù)波CO2 激光器波長(zhǎng) 1016μm 相位(GaA1As)激光器波長(zhǎng) 01905μm 峰值功率

15W 輸出功率

15mW 重復(fù)頻率

90pps(每秒鐘的周期數(shù))接收探測(cè)器 硅雪崩光電二極管 接收鏡孔徑 18～100mm

本文的相位測(cè)距數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)是根據(jù)激光測(cè)距的工作原理及由激光測(cè)距原理繼而發(fā)展的相位式激光測(cè)距的原理，并參考在激光領(lǐng)域所做的相關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。

廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（相位法激光測(cè)距的理論設(shè)計(jì)）

第四章 數(shù)字相關(guān)檢測(cè)技術(shù)改進(jìn)方法設(shè)計(jì)

相位法激光測(cè)距是利用發(fā)射的調(diào)制光與被測(cè)目標(biāo)反射的接收光之間光強(qiáng)的相位差所含的距離信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)距離的測(cè)量。由于采用調(diào)制和差頻測(cè)相技術(shù), 具有測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn), 廣泛用于有合作目標(biāo)的精密測(cè)距場(chǎng)合。激光相位式測(cè)距儀由于其測(cè)量精度高而被廣泛地應(yīng)用于軍事、科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)建設(shè)等領(lǐng)域。相位式測(cè)距儀的基本原理是通過(guò)測(cè)量連續(xù)調(diào)幅信號(hào)在待測(cè)距離上往返傳播所產(chǎn) 生的相位延遲,來(lái)間接地測(cè)定信號(hào)傳播時(shí)間,從而求得被測(cè)距離.因此,信號(hào)相位測(cè)量的精度也就決定了激光測(cè)距儀的精度[6]。

測(cè)距儀相關(guān)檢測(cè)技術(shù)是信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域里一種重要工具,它能在低信噪比的情況下提取出有用的信號(hào),具有較強(qiáng)的抗噪聲的能力,如同頻域里的譜分析一樣,時(shí)域里的相關(guān)分析幾乎在信號(hào)的所有領(lǐng)域里都有應(yīng)用,例如圖像處理、衛(wèi)星遙感、雷達(dá)及超聲探測(cè)、醫(yī)學(xué)和通信工程等。

在此本文設(shè)計(jì)一種新型的激光相位式測(cè)距儀,它將現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用于測(cè)距系統(tǒng),利用數(shù)字信號(hào)處理芯片的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能,對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字相關(guān)運(yùn)算,計(jì)算出測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)的相位差,繼而得到距離值。

4．1 激光相位式測(cè)距的基本原理

傳統(tǒng)的相位法激光測(cè)距機(jī),為了提高測(cè)量精度,通常需要把激光調(diào)制頻率提高到幾十兆甚至幾百兆；為了增大量程,通常把激光調(diào)制頻率降低到幾兆甚至更低;為了提高測(cè)量相位的精度,通常把發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)與本振混頻進(jìn)行移相和鑒相測(cè)相。如要同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度和大量程,則需要多組激光調(diào)制頻率,且隨著測(cè)量精度的提高,調(diào)制頻率會(huì)不斷的提高,這些對(duì)電路性能要求會(huì)越來(lái)越高,電路的復(fù)雜度也會(huì)隨之增大,各個(gè)信號(hào)之間的串?dāng)_會(huì)隨之嚴(yán)重,這給高精度激光測(cè)距機(jī)的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)很大的困難。為了克服這些困難,本文提出了一種把直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)相結(jié)合的激光測(cè)距方法,利用DSP強(qiáng)大的實(shí)時(shí)信號(hào)處理的特點(diǎn)和DDS 器件能在一定帶寬內(nèi)產(chǎn)生任意頻率的特點(diǎn),只需把調(diào)制頻率限制在10兆赫茲以?xún)?nèi)就可以達(dá)到很高的測(cè)量精度和很大的量程,而且在工作量提供了一定的理論設(shè)計(jì)[6]。本文就其基本原理, 系統(tǒng)框圖和誤差分析

第四章 數(shù)字相關(guān)檢測(cè)技術(shù)改進(jìn)方法設(shè)計(jì)

做詳細(xì)的論述。

光以速度c 在大氣中傳播，在A(yíng)、B 兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間與距離的關(guān)系可表示為：L= ct/2。

上式中L ─— 待測(cè)兩點(diǎn)A、B 間的直線(xiàn)距離；c ─— 光在大氣中傳播的速度；t ─— 光往返A(chǔ)B 一次所需時(shí)間。由上式可知，距離測(cè)量實(shí)質(zhì)是對(duì)光在A(yíng)B 間傳播時(shí)間的測(cè)量。由于對(duì)時(shí)間測(cè)量不夠精確，所以將對(duì)時(shí)間的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)相位差的測(cè)量。相位差的測(cè)量可以達(dá)到很高的精度，故而距離的測(cè)量也就達(dá)到了很高的精度[7]。

激光測(cè)距是用無(wú)線(xiàn)電波段的頻率,對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測(cè)定調(diào)制光往返一次所產(chǎn)生的相位延遲,再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測(cè)定出光經(jīng)往返測(cè)線(xiàn)所需的時(shí)間,如圖4.1所示。

圖4.1 測(cè)距相位示意圖

Fig.4.1 range finder phase schematic drawing 相位式激光測(cè)距一般應(yīng)用在精密測(cè)距中。由于其精度高,一般為毫米級(jí),為了有效地反射信號(hào),并使測(cè)定的目標(biāo)限制在與儀器精度相稱(chēng)的某一特定點(diǎn)上,對(duì)這種測(cè)距儀大多配置了被稱(chēng)為合作目標(biāo)的反射鏡。

圖4.2為典型的模擬測(cè)相電路的原理圖[8]：

wо)t ] , E2 = Ecos[(ws

第四章 數(shù)字相關(guān)檢測(cè)技術(shù)改進(jìn)方法設(shè)計(jì)

經(jīng)成為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域和獨(dú)立的學(xué)科體系，當(dāng)前已經(jīng)形成了有潛力的產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)，在現(xiàn)代光電通信中也得到十分廣泛和成功的應(yīng)用。

廣義來(lái)說(shuō)，數(shù)字信號(hào)處理是研究用數(shù)字方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、變換、濾波、檢測(cè)、調(diào)制、解調(diào)以及快速算法的一門(mén)技術(shù)學(xué)科。但很多人認(rèn)為：數(shù)字信號(hào)處理主要是研究有關(guān)數(shù)字濾波技術(shù)、離散變換快速算法和譜分析方法。隨著數(shù)字電路與系統(tǒng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也相應(yīng)地得到發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。數(shù)字濾波器 數(shù)字濾波器的實(shí)用型式很多，大略可分為有限沖激響應(yīng)型和無(wú)限沖激響應(yīng)型兩類(lèi)，可用硬件和軟件兩種方式實(shí)現(xiàn)。在硬件實(shí)現(xiàn)方式中，它由加法器、乘法器等單元所組成，這與電阻器、電感器和電容器所構(gòu)成的模擬濾波器完全不同[9]。

4.2.1 數(shù)字信號(hào)處理的主要研究?jī)?nèi)容

數(shù)字信號(hào)處理主要研究用數(shù)字序列或符號(hào)序列表示信號(hào)，并用數(shù)字計(jì)算方法對(duì)這些序列進(jìn)行處理，以便把信號(hào)變換成符合某種需要的形式。數(shù)字信號(hào)處理的主要內(nèi)容包括頻譜分析、數(shù)字濾波與信號(hào)的識(shí)別等。

數(shù)字信號(hào)處理中常用的運(yùn)算有差分方程計(jì)算、相關(guān)系數(shù)計(jì)算、離散傅里葉變換計(jì)算、功率譜密度計(jì)算、矩陣運(yùn)算、對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算、復(fù)頻率變換及模數(shù)和數(shù)值轉(zhuǎn)換等。很多數(shù)字信號(hào)處理問(wèn)題，都可以用這些算法加上其它基本運(yùn)算，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕M合來(lái)實(shí)現(xiàn)[10]。

4.2.2 測(cè)試信號(hào)數(shù)字化處理的基本步驟

隨著微電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，在工程測(cè)試中，數(shù)字信號(hào)處理方法得到廣泛的應(yīng)用，已成為測(cè)試系統(tǒng)中的重要部分。從傳感器獲取的測(cè)試信號(hào)中大多數(shù)為模擬信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理之前，一般先要對(duì)信號(hào)作預(yù)處理和數(shù)字化處理。而數(shù)字式傳感器則可直接通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)連接，將數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)（或數(shù)字信號(hào)處理器）進(jìn)行處理[11]。

(1)預(yù)處理是指在數(shù)字處理之前，對(duì)信號(hào)用模擬方法進(jìn)行的處理。把信號(hào)變成適于數(shù)字處理的形式，以減小數(shù)字處理的困難。如對(duì)輸人信號(hào)的幅值進(jìn)行處理，使信號(hào)幅值與A／D轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍相適應(yīng)；衰減信號(hào)中不感興趣的高頻成分，減小頻混的影響；

1-廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（相位法激光測(cè)距的理論設(shè)計(jì)）

隔離被分析信號(hào)中的直流分量，消除趨勢(shì)項(xiàng)及直流分量的干擾等項(xiàng)處理。(2)A／D轉(zhuǎn)換是將預(yù)處理以后的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，存入到指定的地方，其核心是A/V轉(zhuǎn)換器。信號(hào)處理系統(tǒng)的性能指標(biāo)與其有密切關(guān)系。

(3)對(duì)采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和計(jì)算，可用數(shù)字運(yùn)算器件組成信號(hào)處理器完成，也可用通用計(jì)算機(jī)。目前分析計(jì)算速度很快，已近乎達(dá)到“實(shí)時(shí)”。

(4)結(jié)果顯示一般采用數(shù)據(jù)和圖形顯示結(jié)果。

4.2.3 數(shù)字處理信號(hào)的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字信號(hào)處理能廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代光電通信中，是因?yàn)镈SP與模擬信號(hào)處理相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)[12]：

(1)信號(hào)處理的動(dòng)態(tài)范圍大，有比模擬信大30dB的動(dòng)態(tài)范圍，因而有更高的精度。(2)數(shù)字信號(hào)處理僅受量化誤差和有限字長(zhǎng)的影響，處理過(guò)程不產(chǎn)生其它噪聲，具有更高的信噪比。

(3)具有高度的靈活性，能夠快速處理、緩存和重組，可以時(shí)分多用、并行處理，還可以靈活地改變系統(tǒng)參量和工作方式，并以利用系統(tǒng)仿真。(4)具有極好的重現(xiàn)性、可靠性和預(yù)見(jiàn)性。(5)算法具有直接的可實(shí)現(xiàn)性。

(6)對(duì)白噪聲、非平衡干擾和多徑干擾，可以有相應(yīng)的最佳化的實(shí)現(xiàn)方法去進(jìn)行特有的信號(hào)處理。

以上優(yōu)點(diǎn)是DSP(數(shù)字信號(hào)處理)在現(xiàn)代光電等通信中應(yīng)用的重要保證。

4．3 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)

直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)，是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術(shù)。和傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)相比，他具有頻率分辨率高、頻率轉(zhuǎn)變速度快、輸出相位連續(xù)、相位噪聲低、可編程和全數(shù)字化、便于集成等突出優(yōu)點(diǎn)。DDS將先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)與方法引入信號(hào)合成領(lǐng)域，成為現(xiàn)代頻率

2廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（相位法激光測(cè)距的理論設(shè)計(jì)）

圖4.4 改進(jìn)的數(shù)字測(cè)相框圖

Fig.4.4 The improvement numeral measures the diagram

改進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)與原測(cè)量系統(tǒng)相比主要有以下區(qū)別：

1)主頻率信號(hào)與參考頻率信號(hào)都由直接數(shù)字頻率合成器(簡(jiǎn)稱(chēng)DDS)產(chǎn)生，這種方法不僅輸出頻率的分辨率高，而且可以通過(guò)編程改變輸出頻率，很容易改變光尺,提高測(cè)距的精度。

2)經(jīng)過(guò)混頻、低通濾波器后的2 路信號(hào)進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(ADC)，由DSP 控制在同一時(shí)刻啟動(dòng)2 路ADC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并由DSP利用數(shù)字相關(guān)檢測(cè)的方法測(cè)量相位差,得到距離值。

由于DSP 具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理特點(diǎn)和DDS 器件的寬帶特性,可將DSP 和DDS 結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)的一種新的激光測(cè)距方法。利用DSP 和DDS 器件產(chǎn)生一定帶寬范圍內(nèi)的任意頻率f ,在這任意頻率中,用一定的掃頻方法,找到相鄰的兩個(gè)使相位法激光測(cè)距的基本公式:L =mc/2f+Δφ/2πc2f 式中Δφ = 0的頻率fs1整和fs2整計(jì)算L[14]。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖為圖4.5所示。

圖4.5 基于DDS 和DSP 的激光測(cè)距機(jī)結(jié)構(gòu)圖

Fig.4.5 Based on DDS and DSP laser range finder structure drawing

415-廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（相位法激光測(cè)距的理論設(shè)計(jì)）

圖4.6 DSP 內(nèi)部的軟件流程圖 Fig.4.6 DSP interior software flow chart

4．5 數(shù)字相關(guān)檢測(cè)的原理及在本系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

互相關(guān)函數(shù)可以理解為2個(gè)信號(hào)的乘積的時(shí)間平均,這是一個(gè)很有用的統(tǒng)計(jì)量,一方面它可以用來(lái)了解2個(gè)未知信號(hào)之間的相似程度,或者2個(gè)已知信號(hào)的時(shí)間關(guān)系，另一方面它有很強(qiáng)的抗噪聲能力，這是因?yàn)樵肼曅盘?hào)的相關(guān)系數(shù)幾乎為零,在微弱信號(hào)中經(jīng)常使用相關(guān)檢測(cè)的方法提取有用的信號(hào)[16]。信號(hào)x(t)和y(t)的互相關(guān)函數(shù)的嚴(yán)格定義如下：

式中: T 是平均時(shí)間,如果x(t)和y(t)是周期為T(mén)0 的周期信號(hào),則只需要在它的1 個(gè)周期里作相關(guān)計(jì)算即可,即

, 通常直接稱(chēng)為時(shí)差, T 為采樣時(shí)間間隔。

在本系統(tǒng)中為了分析方便, 先在模擬域中分析,由上面的分析可知經(jīng)過(guò)混頻器和低通濾波器輸出的信號(hào)分別為[17]：

E1 = Dcos[(wsw0)t + φ] + n2(t)。

式中: n1(t)和n2(t)分別是隨機(jī)噪聲干擾項(xiàng).由互相關(guān)的定義可知,信號(hào)E1 與E2 的互相關(guān)函數(shù)應(yīng)是φ的函數(shù),其表達(dá)式如下:

式中: T1 為差頻信號(hào)的周期,由于隨機(jī)噪聲的相關(guān)性較差,由式(1)可得： R12(φ)= DEcosφ/2。(2)由式(2)可知, 要想得到相位差φ, 必須要知道D 和E 的值, D 和E 的值受外界的干擾比大,所以相關(guān)運(yùn)算要做歸一化處理.。經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的2 路信號(hào)分別表示為：

E1(n)= Dcos[(wsw0)n T + φ] + n2(n T)。在數(shù)字域內(nèi)的相關(guān)函數(shù)為：

r12(φ)=1/N ∑E1(n)E2(n)。信號(hào)E1(n)和E2(n)的均方根值為：

除非輸入信號(hào)幅度非常小，否則FFT運(yùn)算結(jié)果可能導(dǎo)致溢出，為防止溢出的發(fā)生，F(xiàn)FT運(yùn)算提供了歸一化功能（可選擇），就是輸出結(jié)果被運(yùn)算長(zhǎng)度N所除。在FFT

71819300。

021-

第五篇：輸電線(xiàn)路激光掃描介紹

輸電線(xiàn)路激光掃描作業(yè)

一、基本流程

1、準(zhǔn)備工作

確定掃描范圍，申請(qǐng)航線(xiàn)和空域，收集作業(yè)區(qū)域的已有測(cè)繪資料，布設(shè)GNSS控制網(wǎng)，內(nèi)業(yè)解算獲取控制點(diǎn)坐標(biāo)，為下一步進(jìn)行細(xì)部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集提供基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

2、外業(yè)數(shù)據(jù)采集

以直升機(jī)或無(wú)人機(jī)為作業(yè)平臺(tái)，利用激光掃描儀和高清相機(jī)對(duì)輸電線(xiàn)路走廊進(jìn)行掃描和拍攝，獲取原始坐標(biāo)點(diǎn)云和影像。

3、數(shù)據(jù)處理（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，獲取GPS數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)、激光測(cè)距數(shù)據(jù)等；根據(jù)POS數(shù)據(jù)制作各影像外方位數(shù)據(jù)；將同一架次的POS數(shù)據(jù)、地面基站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備檢校參數(shù)、基站控制點(diǎn)數(shù)據(jù)和激光測(cè)距數(shù)據(jù)等進(jìn)行整理，解算點(diǎn)云數(shù)據(jù)；解壓影像數(shù)據(jù)文件，解壓結(jié)果為T(mén)IFF影像數(shù)據(jù)文件。

（2）點(diǎn)云分類(lèi)：對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)過(guò)濾，將植被、建筑物、電力設(shè)施等地物數(shù)據(jù)與地表數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表數(shù)據(jù)的提取，結(jié)合人工交互編輯處理對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行精細(xì)分類(lèi)；（3）經(jīng)過(guò)精細(xì)分類(lèi)后地面激光點(diǎn)云生成DEM模型；（4）獲取正攝影像圖、數(shù)字線(xiàn)劃圖等測(cè)繪產(chǎn)品。

4、三維建模

利用專(zhuān)業(yè)軟件建立輸電走廊的三維可視化模型

5、數(shù)據(jù)分析

基于三維高精度的基礎(chǔ)地理及輸電線(xiàn)路屬性信息，實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路走廊內(nèi)各類(lèi)信息的分類(lèi)管理，結(jié)合輸電線(xiàn)路運(yùn)行規(guī)范，能對(duì)輸電線(xiàn)路及線(xiàn)下走廊環(huán)境進(jìn)行危險(xiǎn)點(diǎn)檢測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)在不同工況條件下對(duì)輸電線(xiàn)路及走廊通道安全距離的監(jiān)控及預(yù)警。

實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)區(qū)段走廊樹(shù)障隱患、地形地貌、高大建筑物等安全距離的自動(dòng)檢測(cè)和預(yù)警，桿塔類(lèi)型、設(shè)備屬性等信息在三維管理平臺(tái)上進(jìn)行三維全景直接顯示、定位、查詢(xún)功能，為輸電線(xiàn)路故障分析判斷、應(yīng)急搶險(xiǎn)方案的制定提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

實(shí)現(xiàn)自定義天氣條件下，可模擬不同工況下導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地表、植被、交叉跨越、建筑物的距離檢測(cè)。

6、形成工程用圖———2D平面圖、正面圖、斷面圖，輔助輸電線(xiàn)路勘測(cè)設(shè)計(jì)，優(yōu)化桿塔排位。

二、人員及設(shè)備要求

1.測(cè)繪外業(yè)人員，要求熟悉測(cè)量規(guī)范，能熟練操作GNSS設(shè)備，會(huì)布設(shè)GNSS控制網(wǎng)，并能利用高精度平差軟件對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行解算，獲得高精度控制點(diǎn)坐標(biāo)。

2.內(nèi)業(yè)人員，要求熟悉激光掃描作業(yè)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程，能熟練使用三維建模軟件及遙感影像處理軟件。

3.設(shè)備：掃描儀、高清相機(jī)及相關(guān)配套軟件。

三、難點(diǎn)及制約因素

1.資質(zhì)問(wèn)題，需要有航空攝影乙級(jí)資質(zhì)，我司目前沒(méi)有。

2.相關(guān)業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)缺乏，目前還需要以業(yè)務(wù)外包形式與有相關(guān)技術(shù)的廠(chǎng)家展開(kāi)展開(kāi)合作。