浅谈激光测距法及其原理
浅谈激光测距法及其原理
肖军
1.引言
现在激光测距仪普遍采用测量得两种方法是:脉冲法和相位法。脉冲激光测距的应用越来越广,例如在山体地形测绘、测量,空中导弹制导、通讯卫星轨迹的测量,太阳系中天体间距离测量是利用激光脉冲测距在极短时间里、高能量聚集化、超大功率。在实际测距中可以在短时间里测到很远很远目标。
2.激光测距方法
激光测距方便,容易实现计算,超高的精度。激光测距中光在空气中的传播速度稳定,认定为光速,由于51单片机的晶振为12MHZ 其机器周期为12/(12*10^6)=1us,换言之计数器每1us计数一次。激光速度V认定为 m/s(在测量时可以认为速度是不变的,1s=1000ms=1000000ns=1000000000ps),为提高激光测距测量其准确度。激光测距按照工作原理区分有脉冲测距和相位式测距。
2.1 脉冲式测距法
基本原理:在起始点放上激光测距设备,其发出一束激光脉冲到大被测目标上后光脉冲只有部分激光能够反射回来呗激光接收器接收。假定激光光脉冲来回一次所经历的时间间隔为T ,被测距离为S, 光速为C。距离计算公式是S=CT/2 ,当认为光速不变时(C=3*10^8 m/s 忽略光速在空气中的微小变化)。
2.2 相位式测距法
基本原理:相位式测距发射的光束是连续调制的。当连续调制的光束到达被测目标,接着光束被测目标发射回来,通过对比通光束往返中产生的相位变化换算测量出距离。相位式激光测距法相比较脉冲式相对误差极其小,目前最差的激光器误差最大为数百万分之一。
脉冲激光和相位激光法测距的综合对比:
2.2.1 平均光功率输出一定的条件下,脉冲式测距的距
离比相位式激光测距要测得距离远。脉冲激光在瞬间时间内能量集中且瞬间功率强。发射回来的脉冲信号强足够让激光接受器检测得到。
2.2.2 测距速度极快。激光脉冲发射出的脉冲信号持续时间远远地比相位是测距获得时间短。因为相位式测得时间是两个“连续信号”之间的相位差。
2.2.3 好的隐蔽性及安全性无需合作目标。脉冲激光测距极大瞬时功率使得激光测距无需放置目标合作。这一特性使得激光脉冲测距在军事上显得尤为突出的便是其安全隐藏性好。
3.激光测距设计的原理
激光器发射电路发出的激光光束以光速V在介质中传播,接触到被测目标后部分激光光束在表面被反射回来,激光脉冲接收器接受到发射回来的脉冲光束其来回时间为T。由公式S=VT/2可以换算出被测目标到发射起点的距离。激光属于光,其速度V认定是 m/s(0.3m/ns)在实际中可以忽略光速在空气中的微小变化。
4.小结
激光测距已经被广泛应用于现代地质勘探测绘、科学研究、军事打击、测绘、工业测距等高端设备上的重要技术,激光测距仪具备远程测距、高精度、短时间等优点在各种军事上和民用、工业应用中大放光彩。凭借轻小易携带、高精确度、时间短、显示数字化、操作方便、等优点激光测距仪在众多领域被人们广泛应用。
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