激光测距(非常详细)综述
激光测距工作原理
激光测距工作原理激光测距是一种精确、高效的测量技术，广泛应用于工程测量、制造业、建筑、物流等领域。
本文将介绍激光测距的工作原理，并探讨其在实际应用中的优势和限制。
一、激光测距工作原理激光测距的基本原理是利用激光束的传播时间来计算被测物体与测距装置之间的距离。
激光测距装置通常由激光发射器、接收器、时钟和计算器等组成。
1.1 激光发射器激光发射器产生一束高亮度、狭窄束的激光线，发射出去的激光以近似平行的形式向被测物体传播。
1.2 接收器接收器用于接收被测物体反射回来的激光信号。
激光束照射到物体上后，一部分光线被反射回来并被接收器接收到，接收器将接收到的光信号转换为电信号。
1.3 时钟和计算器时钟和计算器用于测量激光从发射到接收的时间差，并根据光速和时间差计算出被测物体到激光测距设备的距离。
二、激光测距的优势激光测距具有以下几个显著的优势：2.1 高精度激光测距的精度可以达到亚毫米级别，远高于其他测距技术。
这使得激光测距成为精确测量和定位的首选工具。
2.2 高速测量激光测距设备的工作速度非常快，可以在几毫秒内完成一次测量。
这使得激光测距特别适用于大规模测量和批量生产环境下的快速测量需求。
2.3 非接触测量激光测距采用非接触式测量方式，无需与被测物体接触，避免了因接触而带来的测量误差和对被测物体的破坏。
2.4 长测距范围激光测距技术可以实现从几米到几百米乃至更远距离的测量。
这使得激光测距在各个领域中都能找到应用，如航天、船舶测量等。
三、激光测距的限制激光测距虽然具有许多优势，但也存在一些限制：3.1 对目标表面要求高激光测距对被测物体的表面要求较高，通常要求表面光洁度高且有一定反射能力。
如果被测物体表面粗糙或较暗，会导致激光信号被吸收或散射，从而影响测距的准确性。
3.2 受环境影响大激光传播过程中的大气湍流、尘埃、雾霾等环境因素会对激光传输造成散射和吸收，从而影响测距的准确性和稳定性。
因此，在一些恶劣的环境中，激光测距的性能可能会受到影响。
激光测距的原理
激光测距的原理
激光测距是利用激光器发出的高能量、高频率的光束进行测量的一种方法。
它基于光的传播速度是一个已知的常数，并且在真空中时速为299,792,458米每秒的原理。
激光测距仪由发射器、接收器以及控制电路组成。
发射器发出一个短脉冲的激光束，该激光束经过一定的光学器件后，瞄准待测距物体上的目标点。
当激光束照射到目标点上后，部分能量会被目标吸收，而另一部分则会被反射回来。
接收器接收到反射回来的光束，并将其转换为电信号。
控制电路会根据接收到的信号，计算出激光从发射到返回所经过的时间差，即“飞行时间”。
由于光的传播速度已知，通过时间差可以计算出激光从发射到返回所经过的距离。
在实际测量中，激光测距仪会通过多次发射-接收的循环进行测量，从而提高测量的准确性。
通过对多次测量结果的处理，可以得到目标点与测量仪之间的距离。
激光测距的原理基于光的传播速度的稳定性和高精度，因此在许多领域中得到了广泛的应用，例如地质勘探、建筑测量、工业制造等。
它具有测量速度快、精度高、非接触测量等优点，成为现代测量技术中不可或缺的一部分。
了解激光测距技术在测绘中的应用
了解激光测距技术在测绘中的应用激光测距技术是一种基于激光原理实现测量目标距离的技术，它在测绘领域具有广泛的应用。
本文将从激光测距技术的原理、设备和应用三个方面来探讨激光测距技术在测绘中的应用。
一、激光测距技术的原理激光测距技术是利用激光发射器向目标发射一束非常短暂的激光脉冲，然后通过接收器接收反射回来的激光信号，并测量激光脉冲的行程时间来计算目标的距离。
这种技术具有高精度、非接触和快速测量等特点，被广泛应用于测绘领域。
二、激光测距技术的设备在进行测绘任务时，通常需要使用激光测距仪。
激光测距仪由激光发射器、接收器、定位系统和数据处理单元等部分组成。
激光发射器负责发射激光脉冲，接收器接收反射回来的激光信号，并测量信号传播的时间。
定位系统用于确定仪器在空间中的位置，以便计算目标的坐标。
数据处理单元负责接收和处理激光测距数据，并生成相应的测量结果。
三、激光测距技术在测绘中的应用1.地面测量激光测距技术在地面测量中具有重要的应用价值。
例如，在土地测绘中，可以利用激光测距技术实现地面的高程测量，精确计算地形的高度和三维坐标。
此外，在城市规划中，激光测距技术也可以用于测量建筑物、道路和河流等地貌要素，为城市规划和土地利用提供重要的数据支持。
2.水文测量激光测距技术在水文测量中也有广泛的应用。
利用激光测距技术可以测量河流、湖泊和水库的水深，以及河床和湖底的地形。
这些测量数据可以用于水文模拟和水资源管理，帮助决策者更好地了解水资源的分布和利用情况。
3.航空遥感激光测距技术在航空遥感中也起到了重要的作用。
利用激光测距仪搭载在飞机或无人机上，可以对地球表面进行高分辨率的三维测量。
这种技术被广泛用于地形测量、植被覆盖分析、土地利用监测等领域，为资源调查、环境保护和城市规划等提供了重要的数据支持。
4.地下勘探除了地面测量和水文测量，激光测距技术在地下勘探中也具有重要的应用价值。
激光测距技术可以用于地下隧道和洞穴的勘测，帮助工程师了解地质结构、地下水位和应力情况。
激光测距_百度文库讲解
脉冲激光测距系统设计激光测距是指利用射向目标的激光脉冲测量目标距离的一种距离测量仪。
脉冲激光测距法由于激光的发散角小, 激光脉冲持续时间极短,瞬时功率极大(可达兆瓦以上 ,因而可使激光测距系统具有方向性好,测距精度高,测程远,抗干扰能力强,隐蔽性好等优点, 在军事领域得到广泛的应用。
目前, 激光测距系统种类繁多,大体分为脉冲测距法,相位测距法和干涉测距法三类。
脉冲激光测距法相比相位激光测距法有以下几项优点:第一, 在相同的总平均光功率输出条件下, 脉冲光波型激光测距仪可测量的距离远必连续光波型激光测距仪要长。
第二,测距速度较快。
第三,不需要合作目标,隐蔽性和安全性好。
考虑以上特点和实际系统设计要满足体积小,功耗低,高重频, 测距速度快等特点, 本实验中我们选择脉冲激光测距法作为整体系统的测距方式。
一设计任务通过对典型光电子信息系统—激光测距系统的设计和实现,了解常见光电子信息系统的组成, 掌握典型光电子信息系统的一般设计方法, 利用提供的硬件模块搭建室内模拟激光测距系统, 编写单片机程序计算测距距离并显示,实现室内激光模拟测距。
二工作原理脉冲激光测距系统的原理与微波脉冲雷达测距原理相似,在测距点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲, 光脉冲发射到目标后一小部分激光反射到测距点被光功能接收器接收。
设目标距离为 R ,激光脉冲往返经过的时间为t ,光在空气中传播的速度为 c ,则测距公式如下:R=ct/2。
实际脉冲激光测距机是利用时钟晶体振荡器和脉冲技术起来测定时间间隔 t 的。
时钟即晶体振荡器用于产生固定频率的电脉冲振荡 (T=1/f ,脉冲计数器的作用是对晶振产生的电脉冲个数进行计数。
如在测距机和目标之间光往返的时间 t 内脉冲个数为 N ,能带测距离 R==。
相对测距精度为。
如图:三系统组成及总体方案论证脉冲激光测距系统由三部分组成:激光发射部分, 激光接收部分和信号处理部分。
首先由半导体激光器发射一个激光脉冲, 该激光脉冲经过发射光学系统准直后射向目标 (本实验中激光通过一段光纤传播 ,同时在主波取样透取出主波的一小部分作为参考脉冲送入接收系统, 经过光电探测器转换为电脉冲后, 再经放大器放大后开启门电路,这时计数器开始计数。
激光测距(非常详细)-文档在线预览
卫星激光测距系统
卫星激光测距系统按照各部分用途大致分为：激光发射、激光接收、 信息处理和信息传输四大部分。 • 激光发射部分的作用是产生峰值功率高，光束发散角小的脉冲激光， 使其经过发射光学系统进一步准直后，射向所测卫星。 • 激光接收部分是接收从被测卫星反射回来的微弱激光脉冲信号，经 接收光学系统聚焦后，照在光电探测器的光敏面上，使光信号转变 为电信号并经过放大。 • 信息处理部分的主要作用是进行卫星测站预报，跟踪卫星，测量激 光脉冲从测距系统到被测卫星往返一次的时间间隔t，并准确显示 和记录在计算机硬盘上，再由人工或自动方式形成标准格式。
设计时要求αmax≤[W
]
0
例：设接收系统W=25×10-3rad，
则αmax=8.53°>W
=5°
0
解决这个矛盾的办法是减小接收系统的相对孔径
大探测器面积。
，或增
8.3 多周期脉冲激光测距
一、问题的提出 则脉冲激光测距中最小脉冲当量的公式：
可知：δ与填充时钟脉冲的频率fT成反比，
例，设fT=150MHz，C=3×108m/s
若已知脉冲激光单脉冲能量E（J），和脉宽τ（s），
则可由下式求其峰值功率P 。 t P =E /τ tt 例：对YAG激光器：已知τ=5ns=5×10-9sec， E =10mJ=10×10-3J t
但增大单脉冲能量必须提阈值电压，这将导致: 1）能耗上升，2）电磁干扰增大，3）氙灯寿命减少。
2、小的激光发散角： 措施：增大扩束准直系统的角放大率。 3、高透过率光学系统；
四、测距仪光学原理框图
五、激光接收光学系统
（一）激光接受光学系统的两种基本型式 1、出瞳探测系统
场镜的作用是减小探测器口径，并使孔径光栏成像在光 电探测器上
激光测距的原理
激光测距的原理
激光测距是一种利用激光技术来测量距离的方法。
其原理是利用激光束的特性，通过测量激光束从发射到接收所需的时间来计算出目标物体与测距仪之间的距离。
激光测距一般采用脉冲激光器发射一束短脉冲激光，激光束经由发射器发射出去，当遇到目标物体时会被目标物体散射或反射回来，再通过接收器接收到回波信号。
接收器会记录下激光束发射和接收之间的时间间隔，即回波的时间差。
根据光速恒定的原理，可以利用回波的时间差来计算出激光从发射到接收的路径长度，进而得出目标物体与测距仪之间的距离。
在实际激光测距过程中，还需要考虑到环境中的气候因素对激光传输的影响。
因为气压、气温和湿度等气象条件的变化会对激光的传播速度产生一定的影响，因此在测距之前需要对这些气象因素进行校正。
同时，还需考虑到激光束在传输过程中受到大气吸收、激光器本身的波长变化和散射等因素的影响，以提高测距的准确性。
总之，激光测距利用激光束的传输速度和回波时间差来计算目标物体与测距仪之间的距离，是一种精确而高效的测距方法。
激光测距(非常详细).ppt
?
? ? 2? L c
L? c ?? 2nf 2?
?t
短距离、
高精度， 精度可达 毫米级。
三、卫星激光测距
作为激光测距应用的最重要成果之一 ——卫星激光测距 Satellite Laser Ranging ,简称为 SLR）技术起源于二十世纪六 十年代，是目前单次测距精度最高的卫星观测技术，其测距精度已 达到毫米量级，对卫星的测轨精度可达到 1-3 cm。
激光测距是通过测量激光光束在待测距离上往返传播的时间来换算出 距离的，其换算公式为：
d ? ct 2
测距方法分类
脉冲测距法：测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光 脉冲回到测距仪接收系统，测量其发射和接收光脉冲的时 间间隔，即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t。脉冲法 测距精度大多为米的量级； 相位测距法：它是通过测量连续调制的光波在待测距离上 往返传播所发生的相位变化，间接测量时间t。这种方法测 量精度较高，因而在大地和工程测量中得到了广泛的应用。
第九讲 激光测距
电子工程学院光电子技术系
主要内容
8.1 概述 8.2 脉冲激光测距 8.3 多周期脉冲激光测距 8.4 相位激光测距
8.1 概述
激光测距的特点
激光测距仪与其它测距仪(如微波测距仪等)相比， 具备的特点： ? 探测距离远测距精度高 ? 抗干扰性强 ? 保密性好 ? 体积小 ? 重量轻
一、脉冲激光测距
由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标 反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离：
d ? ct 2
测程远，精度与激光脉宽有关，普通的纳秒 激光测距精度在米的量级 。
t 的测量：
开
结
始
束Байду номын сангаас
测绘技术的激光测距原理
测绘技术的激光测距原理在现代科技的进步下，测绘技术的发展也取得了突飞猛进的进展。
而在测绘技术中，激光测距技术成为了一项不可或缺的关键技术。
激光测距的原理是基于激光的特性和测量原理，本文将对其详细介绍。
激光测距技术利用了光的特性来实现测量距离的目的。
激光是一种特殊的单色相干光，具有高方向性、窄带宽和高亮度等特点。
这意味着激光束是非常纯净和集中的，可以准确地传输到目标物体上，并反射回来。
首先，我们需要了解激光的测距原理。
激光测距仪通常使用一种叫做“飞行时间法”的方法来测量距离。
该方法是通过测量激光从发送器发射出去到被目标物体反射回来所消耗的时间来计算距离。
当激光束发射出去时，会以光速传播。
根据光速的知识，我们知道光能在一秒钟内传播约3万公里。
所以，如果我们能够测量出激光从发送器到目标物体反射回来所用的时间，我们就可以通过光速公式计算出距离。
那么，怎样才能测量出这个时间呢？激光测距仪通常会在激光束发射出去时启动一个计时器，当反射回来时停止计时。
通过计时器记录下的时间，我们就可以得到激光从发射到反射所用的时间。
然而，这还不够。
由于光传播速度极快，我们需要一种非常精确的计时器才能测量出很小的时间差。
激光测距仪通常使用的是高频振荡器和计数器来进行计时，这样就可以达到纳秒级的时间精度，从而实现精确的距离测量。
除了飞行时间法外，还有一种常见的激光测距原理叫做相位差法。
相位差法主要是通过测量激光发射器和接收器之间的相位差来计算距离。
相位差法的原理是利用了光的波动特性。
当激光从发送器发出后，会在与目标物体相遇时发生一定的相位改变。
通过测量这个相位改变，我们就可以得到距离信息。
在实际应用中，激光测距技术主要应用在测绘、地理信息系统、建筑工程等领域。
激光测距仪可以通过扫描地面、建筑物等目标，快速且精确地获取距离数据。
这些数据可以用来生成3D模型、进行地形分析、监测结构变形等。
总结一下，测绘技术的激光测距原理是基于激光的特性和测量原理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2L c
t
短距离、
高精度，
c L 2nf 2
精度可达 毫米级。
三、卫星激光测距
作为激光测距应用的最重要成果之一 ——卫星激光测距 Satellite Laser Ranging , 简称为 SLR）技术起源于二十世纪六 十年代，是目前单次测距精度最高的卫星观测技术，其测距精度已 达到毫米量级，对卫星的测轨精度可达到 1-3 cm。
量精度较高，因而在大地和工程测量中得到了广泛的应用。
一、脉冲激光测距
由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标 反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离：
ct d 2
t 的测量：
测程远，精度与激光脉宽有关，普通的纳秒 激光测距精度在米的量级 。
开 始
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结 束
在确定时间起始点之间 用时钟脉冲填充计数。
卫星激光测距系统组成
卫星激光测距系统功能分为七大分系统：
• 望远镜转台分系统 • 激光器分系统
• 光电接收分系统
• 伺服驱动控制分系统 • 测距控制分系统
• 微光导星分系统
• 软件分系统
测量原理
点火
GPS 天线
激光器 发射望远镜
系 统 控 制 计 算 机
控 制 机
1PPS GPS时钟接收机 10MHz 开 计数器 脉冲分配器 关 伺服系统 转台
卫星激光测距系统
卫星激光测距系统按照各部分用途大致分为：激光发射、激光接收、 信息处理和信息传输四大部分。
• 激光发射部分的作用是产生峰值功率高，光束发散角小的脉冲激光，
使其经过发射光学系统进一步准直后，射向所测卫星。 • 激光接收部分是接收从被测卫星反射回来的微弱激光脉冲信号，经
接收光学系统聚焦后，照在光电探测器的光敏面上，使光信号转变
为电信号并经过放大。 • 信息处理部分的主要作用是进行卫星测站预报，跟踪卫星，测量激 光脉冲从测距系统到被测卫星往返一次的时间间隔t，并准确显示 和记录在计算机硬盘上，再由人工或自动方式形成标准格式。 • 信息传输部分的作用是通过通讯网络接收轨道预报参数和其它指令 （下传），上传观测结果所形成的标准格式数据等。
注：测距精度还受光电接收分系统的影响；回波率与天气 好坏关系较大。
卫星激光测距—激光器发展历史
• 第一代： 1964年，调Q激光器，脉宽ns，测距精度3m； • 第二代：70－90年代，主被动锁模激光器，脉宽 100ps，测距精度3cm；
• 第三代：SESAM锁模，50Hz;
• 第四代：SESAM锁模，KHz，精度＜ 1cm； • 第五代：双波长激光器，去除大气干扰。
SPAD
接收望远镜
箱
测距精度与激光脉宽
测距精度是由于激光脉冲前后沿时间差造成的； 因此激光脉冲宽度影响测距精度： L C t
表：测距精度与脉宽的比较
脉宽
测距精度
10ns
3m
100ps
3cm
10ps
3mm
卫星激光测距主要指标与激光器分系统的关系
• 测距精度—激光脉宽. • 测程（近地星、远地星）—激光能量、发散角. • 回波率—激光能量、发散角、激光脉冲重复频率.
卫星激光测距技术集光机电于一身,涉及计算机软、硬件技术, 光学、激光学、大地测量学、机械学、电子学、天文学、自动控制 学、电子通讯等多种学科。因此SLR测距仪系统十分复杂,消耗较大, 故障率较高,同时受天气因素制约,维护起来也比较困难,需要花费 较大的人力物力,但它又是目前精度最高的绝对观测技术手段。
t
时钟 脉冲
t=NT
脉冲测距
激光脉冲测距仪的简化结构如下图所示：
激光脉冲测距仪的简化结构
测距仪对光脉冲的要求：
光脉冲应具有足够的强度 光脉冲的方向性要好 光脉冲的单色性要好
光脉冲的宽度要窄
用于激光测距的激光器： 红宝石激光器、钕玻璃激光器、 二氧化碳激光器、半导体激光器。
二、连续激光相位测距
激光测距仪的分类
激光测距仪的分类：激光测距不同于激光测长，它的测量距离要大得 多，按照测量距离可分为下述三类： 1、短程激光测距仪，它的测程仅在五公里以内，适用于各种工程测量； 2、中长程激光测距仪，测程为五至几十公里，适用于大地控制测量和 地震预报等； 3、远程激光测距仪，它用于测量导弹、人造卫星、月球等空间目标的 距离； 激光测距是通过测量激光光束在待测距离上往返传播的时间来换算出 距离的，其换算公式为：
d ct 2
测距方法分类
脉冲测距法：测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光 脉冲回到测距仪接收系统，测量其发射和接收光脉冲的时 间间隔，即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t。脉冲法 测距精度大多为米的量级； 相位测距法：它是通过测量连续调制的光波在待测距离上 往返传播所发生的相位变化，间接测量时间t。这种方法测
我国卫星测距站
卫星激光测距应用
卫星激光测距（Satellite Laser Ranging：SLR）是
随着现代激光、光电子学、 计算机和空间科学发展而建立
起来的一门崭新观测技术。由于它具有独特的测距方式和 较高的测量精度,已在地学领域广泛应用。目前,其观测资 料已可用于地球物理学、地球动力学、大地测量学、天文 学和地震预报等多种学科。
第九讲 激光测距
电子工程学院光电子技术系
主 要 内 容
8.1 概述 8.2 脉冲激光测距 8.3 多周期脉冲激光测距 8.4 相位激光测距
8.1 概述
激光测距的特点
激光测距仪与其它测距仪(如微波测距仪等)相比， 具备的特点： 探测距离远测距精度高 抗干扰性强 保密性好 体积小
重量轻
卫星激光测距－激光器 ：
总的来讲在其它条件相同时，发射激光的脉冲能量
越高，脉宽越窄，重复率越高，峰值功率越大，则
系统的测距能力越高。 千赫兹皮秒激光器为第四代卫星激光测距之激光器。 下一代卫星测距用激光器为双波长激光器。
测距误差分析
（1） 测距系统仪器误差 – 激光脉冲宽度误差 – 时间间隔测量误差 – 主波计时探测误差 – 回波计时探测误差 – 时钟同步误差 – 时钟频率标准误差 （2） 卫星反射器误差 – 反射器质心修正值误差 （3） 系统延迟测量误差 – 地靶距离标定误差 – 地靶常规标校测量误差 （4） 气象参数采集和大气修正模型误差