激光测距的原理114页PPT
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。
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。
激光相位法测距页PPT文档
模拟开关切换电路
6、CPLD电路设计 具体的设计指标：电路I/O 口为LVTTL电平；计数频 率大于100MHZ 在该系统中，差频系统与检相系统都是在CPLD内部 实现
CPLDEPM240核心电路
7、单片机相关电路设计 单片机为ATM128
单片机及其外围电路
8、电源模块设计 整个系统所需的电源电压有+9V, +5V, -5V, +3.3V和 +1.8V。 其中+9V可由交流转直流的变压器提供，也可由蓄 电池提供，而其它电源则由+9V转化而来。 （1）+5V 电源 二极管为常用的1N5824，开关电压调节器LM2596
(4)接收部分使用PIN光电二极管，经前置放大后， 使用MFB带通滤波提取有用信号，精尺频率与粗尺 频率经过通道切换幵关后采用同一组放大整形电路， 减小系统复杂度，缩小电路板面积，节约成本。 (5)在高速CPLD内部实现参考信号与本振信号的差 频、测量信号与本振信号的差频，两个差频采用自
主要元件：两片AD9954（直接数字式频率合成器）， ATM128单片机， EPM--240T100C5N， 液晶显示器LCD12864，开关电容芯片LM2662 ，低压差电压调节芯片LM1117， LM2596-5.0（开关电压调节器）， 电平转换芯片MAX3232和DB9的串口线接口， 高速比较器芯片AD8611， 高速电流反馈宽带运放AD8001 单刀双掷（SPDT)模拟开关ADG636， 电压反馈放大器AD8045， 激光二极管BOS650010， 双路、宽带跨导运算放大器OPA2662
1、频率综和电路 具体设计指标：产生5MHz，50MHz, 5.001MHz, 50.0001MHz的频 率；可在低频与高频间快速切换；电压幅度为-500mV~500mV。
激光测距(非常详细)ppt课件
二、光电读数
因为 s1 2ct1 2cN fT(fT 为 晶 振 频 率 ; Tf1 T) 测距仪的最小脉冲正量δ为：
令N=1
则 c
2 fT
例：设fT=150MHz=1.5×108Hz，C=3×108m
则： 231 .511 8 08 01m
三、测距精度
CN
对S
求偏微分，
2 fT
s c s c N s N fsT fT
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。
Pr=Pe·Ωr·Kr
Ωr——目标对光接收系统入瞳的张角（物方孔径角）
所对应的立体角
r
Ar R2
Kr——接收光学系统透过率
Ar——入瞳面积
R——目标距离（m）
所以：Pr=Pe·Kr·Ar/R2……（3）
4、测距公式
以（1）代（2）并代入（3）得：光电探测器可接收
到的激光功率Pr为：
Pr Pt 1 T Ar Kr /R2
球面积 4R2
4
R2
R2
（3）一点光源以小孔径角（u）幅射的立体角ω：
因为u很小，可将球面以圆面积代替
圆面 积 r2 uR 2 u2（球面度）
R2
R2
R2
注意：u为孔径角（rad）。
（4）“郎伯”定律：
设光正入射到一漫反射体，设垂直于漫反射面反射的光 强为IN，若向任一方向漫反射的光强Ii满足下式：
激光脉冲测距
激
νsb
c 2Lsb
15MHz
νsl
c 2Lsl
150 kHz
光
测
距
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第 6.3.2 激光相位测距
六 2. 分散的直接测尺频率和集中的间接测尺频率
章
➢集中的间接测尺频率方式是采用一组数值接近的调制频率，间接获得各个测尺
激
的一种方法。假定我们用两个频率为s1和s2的光波分别测量同一距离d，则有：
于Ls时，
N
0
d
Ls
2
应 2. 分散的直接测尺频率和集中的间接测尺频率
用
➢一定的测尺长度Ls，相应于一定的测尺频率s，它们之间的关系是:
νs
c 2Ls
§6.3
➢分散的直接测尺频率方式选定的测尺频率s是直接和测尺长度Ls是相对应的。
例如选用两把测尺Lsb＝10m、Lsl＝1000m，则相应选用的测尺频率为
第 6.3.2 激光相位测距
六 3. 相位差的测量
章
➢差频测相原理如图（6-20）所示中的电路部分。设主控振荡电信号（图中的
激 “主振”）为 光
ed Acos2νdt 0
在 该信号发射到外光路经过一定距离的传播后相位变化了m，该信号被光电接收放
精 大后变为 密
ems B cos2νdt 0 m
测 设本地振荡信号（图中的“本振”）为el C cos2νlt
量
中 输送到参考混频器与 ed 和ems 混频，在混频器的输出端分别得到差频参考信号和测
的 距信号分别为：
应 用
er D cos2 νd νl t 0 em E cos2 νd νl t 0 m
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
激光测距仪原理图
激光测距仪原理图
激光测距仪是一种利用激光技术进行测距的仪器，其原理图如下所示：
1. 发射器。
激光测距仪的发射器部分主要包括激光发生器和光学系统。
激光发生器产生一
束高能激光，并通过光学系统将其聚焦成一束细线，以便于准确照射到目标物体上。
2. 接收器。
激光测距仪的接收器部分包括接收光电探测器和信号处理器。
接收光电探测器
接收被测物体反射回来的激光，并将其转换成电信号，然后通过信号处理器进行处理和放大，以便后续的测距计算。
3. 时间测量模块。
时间测量模块是激光测距仪的核心部分，它利用接收到的激光信号的时间差来
计算目标物体与测距仪之间的距离。
通过精确的时间测量，可以实现对目标物体距离的高精度测量。
4. 数据处理与显示模块。
数据处理与显示模块接收时间测量模块传递过来的距离数据，并进行进一步的
处理和计算，最终将测得的距离数据显示在仪器的显示屏上，以便用户进行观测和记录。
5. 电源模块。
激光测距仪的电源模块提供仪器所需的电能，以保证仪器正常工作。
通常采用
锂电池或者充电电池供电，以便于激光测距仪在户外环境下进行使用。
激光测距仪的原理图如上所述，通过发射器发射激光，接收器接收反射激光并
进行时间测量，最终通过数据处理与显示模块将测距结果显示出来。
激光测距仪在
工程测量、地质勘探、建筑施工等领域有着广泛的应用，其原理图的了解对于深入理解激光测距仪的工作原理具有重要意义。
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激光测距的原理
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23、决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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