激光测距非常详细
激光测距(非常详细)
一、激光测距方程
1、从测距仪发射的激光到达目标上的激光功率 1）对于点目标，目标面积小于激光照亮面积：
Pt Pt Kt At T / As 1
Pt——激光发射功率（W）
Tα ——大气单程透过率 Kt——发射光学系统透过率 At——目标面积（m2） As——光在目标处照射的面积（m2）
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。
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；
4、大的接收孔径角；
5、大目标对测距有利； 6、高灵敏度探测器。
二、光电读数
1 1 N 1 因为 s ct c f ( fT 为晶振频率;T ) T 2 2 fT 测距仪的最小脉冲正量δ为：
令N=1
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
高精度激光测距技术在测绘中的应用
高精度激光测距技术在测绘中的应用激光测距技术是一种通过测量激光光束在空气中传播所需的时间来计算距离的方法。
它被广泛用于测绘领域，因为其高精度和快速测量的特点使其成为测量地理数据的理想工具。
本文将介绍高精度激光测距技术在测绘中的应用，并探讨其在该领域中的优缺点。
首先，高精度激光测距技术在地形测绘中有着广泛的应用。
地形测绘是指对地球表面的形态、地貌和地势进行测量和描述的过程。
传统的地形测绘方法通常需要使用测距仪或全站仪进行测量，然后进行数据处理和分析。
这一过程通常耗时且存在较大的误差。
而高精度激光测距技术可以通过使用激光测距仪直接测量地面上的点，实现对地形的快速和准确测量。
这种方法不仅能够提高测量的准确性，还可以大幅度提高测绘作业的效率。
其次，高精度激光测距技术在城市规划和建设中也扮演着重要的角色。
城市规划和建设需要对城市中的建筑物、道路和其他基础设施进行详细的测量和描述。
传统的测绘方法常常需要对建筑物进行手工测量，耗时且易出错。
而高精度激光测距技术可以通过激光扫描仪快速获取建筑物的三维模型，不仅精度高，而且节省了大量的时间和人力。
此外，激光测距技术还可以用于道路测量，通过测量道路的几何参数，可以实现对道路的精确规划和设计。
除了用于地形测绘和城市规划，高精度激光测距技术还广泛应用于地下管线测绘。
地下管线包括供水管道、电力线和通信线等，这些管道的位置和深度对于城市建设和维护非常重要。
传统的地下管线测绘方法需要通过探测器和金属探测仪等工具进行测量，并存在一定的误差。
而激光测距技术可以通过激光扫描仪直接扫描地下管道，快速获得其位置和深度等信息。
这项技术具有高精度和非接触测量的特点，能够提高地下管线测绘的准确性和效率。
然而，高精度激光测距技术在测绘中也存在一些限制和挑战。
首先，其设备价格较高，对于一些小型测绘公司来说可能难以承担。
其次，由于激光测距技术对环境光的干扰比较敏感，所以在野外测量时需要特殊的光线控制措施，如使用测量棚、消光器等。
激光测距
激光在军事中的应用激光测距激光测距技术出现于20世纪60年代中期，最早在航空、航天中得到应用、随着激光技术和数字处理技术的发展，由于其优异的性能得到了广泛的应用。
激光测距（laser distance measuring）是以激光器作为光源进行测距。
根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。
氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；双异质砷化镓半导体激光器，用于红外测距；红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。
激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。
激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定(又称激光测距)的仪器。
激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。
激光测距有脉冲法、相位法和脉冲—相位法。
脉冲法准确度低，相位法准确度高1.脉冲法测距过程：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。
光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。
脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。
另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。
原理：测距机发射矩形波激光脉冲，入射被测目标后返回部分的激光由，c为光速，t为激光脉冲测距机接收。
测距机与目标物的距离L为 L=c t2往返时间。
在激光器发射功率一定的情况下，光电探测器接受的回波功率P L的大小与测距机的光学系统的透过率有关，与目标物物理性质有关，与被测距离L的大小有关。
在不同目标下的测距方程：漫反射大目标：P L=P T A R2πL2ρK f K R K T K2α漫反射小目标：P L=P T A O A R2πΩT LρK f K R K T K2α角反射棱镜合作目标：P L=P T A t A RΩtΩT LρK f K R K T K2α式中，P T为发射功率；A R为接收光学系统的有效面积，A O为目标的有效面积，A t为角反射棱镜的有效面积，ΩT为经发散光学系统激光发散角，Ωt为角反射棱镜的激光发散角，K T为干涉滤光片的峰值透过率，K R为接收系统的透过率，K T为发射系统透过率，Kα为单程大气透过率，ρ为目标反射率。
激光测距原理
激光测距原理激光测距是一种利用激光束来测量目标距离的技术。
它主要应用于工业、建筑、地理测绘、军事等领域，具有测量精度高、速度快、非接触式测量等优点。
激光测距原理是基于光的传播速度和时间的关系，通过测量激光束从发射到接收的时间来计算目标距离。
下面我们来详细了解一下激光测距的原理。
1. 发射激光。
激光测距的第一步是发射激光。
激光器产生的激光束具有单色性、方向性和相干性，能够保持较小的束散。
这样就能够保证激光束在传播过程中能够保持一定的直线传播，从而保证测量的准确性。
2. 激光束传播。
激光束从激光器发射出来后，会沿着一定的方向传播。
在传播过程中，激光束会受到大气、地形等因素的影响，但由于激光束的单色性和方向性，这些影响相对较小，不会对测量结果产生显著影响。
3. 激光束照射目标。
激光束照射到目标后，会被目标表面反射或散射。
这时，激光束的能量会部分损失，但仍然能够保持一定的能量，以便接收器能够接收到足够的信号进行测量。
4. 接收激光。
接收器接收到目标反射或散射的激光束后，会将其转化为电信号。
这个过程需要非常快速和精确，以保证测量的准确性。
5. 计算距离。
接收到激光信号后，系统会通过计算激光从发射到接收的时间来确定目标距离。
由于光在真空中的传播速度是一个已知的常数，因此通过测量激光的时间，就可以准确地计算出目标距离。
总结。
激光测距原理是利用激光束的传播速度和时间的关系来实现对目标距离的测量。
通过发射激光、激光束传播、照射目标、接收激光和计算距离等步骤，可以实现对目标距离的快速、准确测量。
激光测距技术在工业、建筑、地理测绘、军事等领域有着广泛的应用前景，随着技术的不断发展和完善，相信激光测距技术会在未来发挥更加重要的作用。
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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(非常详细).ppt
?
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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
激光测距非常详细课件
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
在确定时间起始点之间 用时钟脉冲填充计数。
t
时钟 脉冲
t=NT
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。
机
箱
关
伺服系统
发射望远镜
SPAD
接收望远镜
转台
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
10ns
100ps
测距精度 3m
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.
（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
激光测距讲解
激光测距技术在空间的应用随着空间技术和航天工业的发展。
空间距离测量已成为空间领域的重要研究内容。
传统雷达测距在太空中极易受到高能粒子和电磁波的干扰，测量精度低，无法满足高精度测量的要求。
宇宙空间空气稀薄、温度变化剧烈，无法进行超声波测距。
因此。
测量空间距离需要一种适合空间环境、抗干扰能力强和测量精度高的测距方法。
激光测距技术是一种自动非接触测量方法，对电磁干扰不敏感，抗干扰能力强，测量精度高。
与一般光学测距技术相比，它具有操作方便、系统简单及白天和夜晚都可以工作的优点。
与雷达测距相比，激光测距具有良好的抗干扰性和很高的精度。
在重复测距的同时，以细激光束对空间扫描，同时获得目标的距离、角度和速度等信息，这就是激光雷达。
激光雷达能实现很多传统雷达达不到的性能要求。
激光的发散角小、能量集中。
能够实现极高的探测灵敏度和分辨率；其极短的波长使得天线和系统尺寸可以很小，这些都是传统雷达所不可比拟的。
与微波雷达相比，激光测距仪方向性好、体积小、重量轻。
非常适用于搭载在航天器上进行空间目标距离测量。
激光测距技术综合了激光器技术、光子探测技术、信号处理技术等多项技术。
测距精度高。
测程大，可靠性高，能够满足空间目标高精度、大测程测距的要求。
在空间测量领域获得了广泛应用。
1．1研究背景及意义激光是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光，激光的特点有：1．方向性好——普通光源(太阳、白炽灯或荧光灯)向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内，这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。
激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性。
2．亮度高——激光是当代最亮的光源，只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。
太阳光亮度大约是103瓦／(厘米2·球面度)，而一台大功率激光器的输出光亮度经太阳光高出7～14个数量级。
这样，尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度高温。
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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
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。
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
2L
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。
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。
卫星激光测距系统组成
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
在确定时间起始点之间 用时钟脉冲填充计数。
t
时钟 脉冲
t=NT
脉冲测距
SPAD
接收望远镜
转台
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
10ns
100ps
测距精度 3m
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.
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
采用无线电波段的频率对激光束进行幅度调制并测定调制光往返 一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代 表的距离，即用间接方法测定出光经往返所需的时间。
（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
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。
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；
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。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
测量原理
GPS
点火
天线
激光器
系
控 1PPS
统
GPS时钟接收机
控 制
制 10MHz
计
机
开
算
计数器
脉冲分配器
机
箱
关
伺服系统
发射望远镜
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。