激光測(cè)距(非常詳細(xì))

主要內(nèi)容8.1概述8.2脈沖激光測(cè)距8.3多周期脈沖激光測(cè)距8.4相位激光測(cè)距本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分激光測(cè)距的特點(diǎn)激光測(cè)距儀與其它測(cè)距儀(如微波測(cè)距儀等)相比，具備的特點(diǎn)：探測(cè)距離遠(yuǎn)測(cè)距精度高抗干擾性強(qiáng)保密性好體積小重量輕8.1概述本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分激光測(cè)距儀的分類

激光測(cè)距儀的分類：激光測(cè)距不同于激光測(cè)長(zhǎng)，它的測(cè)量距離要大得多，按照測(cè)量距離可分為下述三類：1、短程激光測(cè)距儀，它的測(cè)程僅在五公里以內(nèi)，適用于各種工程測(cè)量；2、中長(zhǎng)程激光測(cè)距儀，測(cè)程為五至幾十公里，適用于大地控制測(cè)量和地震預(yù)報(bào)等；3、遠(yuǎn)程激光測(cè)距儀，它用于測(cè)量導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、月球等空間目標(biāo)的距離；激光測(cè)距是通過(guò)測(cè)量激光光束在待測(cè)距離上往返傳播的時(shí)間來(lái)?yè)Q算出距離的，其換算公式為：本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分測(cè)距方法分類脈沖測(cè)距法：測(cè)距儀發(fā)出光脈沖，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后，光脈沖回到測(cè)距儀接收系統(tǒng)，測(cè)量其發(fā)射和接收光脈沖的時(shí)間間隔，即光脈沖在待測(cè)距離上的往返傳播時(shí)間t。脈沖法測(cè)距精度大多為米的量級(jí)；相位測(cè)距法：它是通過(guò)測(cè)量連續(xù)調(diào)制的光波在待測(cè)距離上往返傳播所發(fā)生的相位變化，間接測(cè)量時(shí)間t。這種方法測(cè)量精度較高，因而在大地和工程測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分一、脈沖激光測(cè)距

由激光器對(duì)被測(cè)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)光脈沖，然后接收系統(tǒng)接收目標(biāo)反射回來(lái)的光脈沖，通過(guò)測(cè)量光脈沖往返的時(shí)間來(lái)算出目標(biāo)的距離：

t的測(cè)量：在確定時(shí)間起始點(diǎn)之間用時(shí)鐘脈沖填充計(jì)數(shù)。t開(kāi)始結(jié)束t=NT時(shí)鐘脈沖測(cè)程遠(yuǎn)，精度與激光脈寬有關(guān)，普通的納秒激光測(cè)距精度在米的量級(jí)。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分脈沖測(cè)距激光脈沖測(cè)距儀的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如下圖所示：激光脈沖測(cè)距儀的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分測(cè)距儀對(duì)光脈沖的要求：光脈沖應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度光脈沖的方向性要好光脈沖的單色性要好光脈沖的寬度要窄用于激光測(cè)距的激光器：紅寶石激光器、釹玻璃激光器、二氧化碳激光器、半導(dǎo)體激光器。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分二、連續(xù)激光相位測(cè)距

采用無(wú)線電波段的頻率對(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)往返所需的時(shí)間。t短距離、高精度，精度可達(dá)毫米級(jí)。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分三、衛(wèi)星激光測(cè)距

作為激光測(cè)距應(yīng)用的最重要成果之一——衛(wèi)星激光測(cè)距SatelliteLaserRanging,簡(jiǎn)稱為SLR）技術(shù)起源于二十世紀(jì)六十年代，是目前單次測(cè)距精度最高的衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)，其測(cè)距精度已達(dá)到毫米量級(jí)，對(duì)衛(wèi)星的測(cè)軌精度可達(dá)到1-3cm。

衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù)集光機(jī)電于一身,涉及計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù),光學(xué)、激光學(xué)、大地測(cè)量學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、天文學(xué)、自動(dòng)控制學(xué)、電子通訊等多種學(xué)科。因此SLR測(cè)距儀系統(tǒng)十分復(fù)雜,消耗較大,故障率較高,同時(shí)受天氣因素制約,維護(hù)起來(lái)也比較困難,需要花費(fèi)較大的人力物力,但它又是目前精度最高的絕對(duì)觀測(cè)技術(shù)手段。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)

衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)按照各部分用途大致分為：激光發(fā)射、激光接收、信息處理和信息傳輸四大部分。激光發(fā)射部分的作用是產(chǎn)生峰值功率高，光束發(fā)散角小的脈沖激光，使其經(jīng)過(guò)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步準(zhǔn)直后，射向所測(cè)衛(wèi)星。激光接收部分是接收從被測(cè)衛(wèi)星反射回來(lái)的微弱激光脈沖信號(hào)，經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，照在光電探測(cè)器的光敏面上，使光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并經(jīng)過(guò)放大。信息處理部分的主要作用是進(jìn)行衛(wèi)星測(cè)站預(yù)報(bào)，跟蹤衛(wèi)星，測(cè)量激光脈沖從測(cè)距系統(tǒng)到被測(cè)衛(wèi)星往返一次的時(shí)間間隔t，并準(zhǔn)確顯示和記錄在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)上，再由人工或自動(dòng)方式形成標(biāo)準(zhǔn)格式。信息傳輸部分的作用是通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)接收軌道預(yù)報(bào)參數(shù)和其它指令（下傳），上傳觀測(cè)結(jié)果所形成的標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)等。

本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)組成衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)功能分為七大分系統(tǒng)：望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)臺(tái)分系統(tǒng)激光器分系統(tǒng)光電接收分系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)控制分系統(tǒng)測(cè)距控制分系統(tǒng)微光導(dǎo)星分系統(tǒng)軟件分系統(tǒng)本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分測(cè)量原理控制機(jī)箱系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)激光器GPS時(shí)鐘接收機(jī)計(jì)數(shù)器伺服系統(tǒng)脈沖分配器轉(zhuǎn)臺(tái)SPAD發(fā)射望遠(yuǎn)鏡接收望遠(yuǎn)鏡GPS天線點(diǎn)火1PPS10MHz開(kāi)關(guān)本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分測(cè)距精度與激光脈寬測(cè)距精度是由于激光脈沖前后沿時(shí)間差造成的；因此激光脈沖寬度影響測(cè)距精度：脈寬10ns100ps10ps測(cè)距精度3m3cm3mm表：測(cè)距精度與脈寬的比較本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分衛(wèi)星激光測(cè)距主要指標(biāo)與激光器分系統(tǒng)的關(guān)系測(cè)距精度—激光脈寬.測(cè)程（近地星、遠(yuǎn)地星）—激光能量、發(fā)散角.回波率—激光能量、發(fā)散角、激光脈沖重復(fù)頻率.注：測(cè)距精度還受光電接收分系統(tǒng)的影響；回波率與天氣好壞關(guān)系較大。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分衛(wèi)星激光測(cè)距—激光器發(fā)展歷史第一代：1964年，調(diào)Q激光器，脈寬ns，測(cè)距精度3m；第二代：70－90年代，主被動(dòng)鎖模激光器，脈寬100ps，測(cè)距精度3cm；第三代：SESAM鎖模，50Hz;第四代：SESAM鎖模，KHz，精度＜1cm；第五代：雙波長(zhǎng)激光器，去除大氣干擾。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分衛(wèi)星激光測(cè)距－激光器：

總的來(lái)講在其它條件相同時(shí)，發(fā)射激光的脈沖能量越高，脈寬越窄，重復(fù)率越高，峰值功率越大，則系統(tǒng)的測(cè)距能力越高。千赫茲皮秒激光器為第四代衛(wèi)星激光測(cè)距之激光器。下一代衛(wèi)星測(cè)距用激光器為雙波長(zhǎng)激光器。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分測(cè)距誤差分析（1）測(cè)距系統(tǒng)儀器誤差激光脈沖寬度誤差時(shí)間間隔測(cè)量誤差主波計(jì)時(shí)探測(cè)誤差回波計(jì)時(shí)探測(cè)誤差時(shí)鐘同步誤差時(shí)鐘頻率標(biāo)準(zhǔn)誤差（2）衛(wèi)星反射器誤差反射器質(zhì)心修正值誤差（3）系統(tǒng)延遲測(cè)量誤差地靶距離標(biāo)定誤差地靶常規(guī)標(biāo)校測(cè)量誤差（4）氣象參數(shù)采集和大氣修正模型誤差本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分我國(guó)衛(wèi)星測(cè)距站本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分衛(wèi)星激光測(cè)距應(yīng)用

衛(wèi)星激光測(cè)距（SatelliteLaserRanging：SLR）是隨著現(xiàn)代激光、光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和空間科學(xué)發(fā)展而建立起來(lái)的一門嶄新觀測(cè)技術(shù)。由于它具有獨(dú)特的測(cè)距方式和較高的測(cè)量精度,已在地學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前,其觀測(cè)資料已可用于地球物理學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、大地測(cè)量學(xué)、天文學(xué)和地震預(yù)報(bào)等多種學(xué)科。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

激光測(cè)距的基本公式為：

c——大氣中的光速

t——為光波往返所需時(shí)間由于光速極快，對(duì)于一個(gè)不太大的D來(lái)說(shuō)，t是一個(gè)很小的量，例：設(shè)D=15km，c=3×105km/sec

則t=5×10-5sec

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，產(chǎn)生了兩種測(cè)距方法：脈沖測(cè)距和相位測(cè)距。8.2脈沖激光測(cè)距

本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分一、激光測(cè)距方程本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分1、從測(cè)距儀發(fā)射的激光到達(dá)目標(biāo)上的激光功率

1）對(duì)于點(diǎn)目標(biāo)，目標(biāo)面積小于激光照亮面積：

Pt——激光發(fā)射功率（W）

Tα——大氣單程透過(guò)率

Kt——發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)透過(guò)率

At——目標(biāo)面積（m2）

As——光在目標(biāo)處照射的面積（m2）

2）對(duì)于擴(kuò)展目標(biāo)，由于目標(biāo)面積大于光斑面積，所以目標(biāo)有效反射面就是光斑面積：

2、激光回波在單位立體角內(nèi)所含的激光功率Pe（激光在目標(biāo)產(chǎn)生漫反射，其漫反射系數(shù)為ρ）本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分附注：幾個(gè)概念（1）立體角（Ω）的概念：（球面度）本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分（2）一點(diǎn)光光源向三維空間幅射的立體角為：（3）一點(diǎn)光源以小孔徑角（u）幅射的立體角ω：因?yàn)閡很小，可將球面以圓面積代替注意：u為孔徑角（rad）。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分（4）“郎伯”定律：本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

設(shè)光正入射到一漫反射體，設(shè)垂直于漫反射面反射的光強(qiáng)為IN，若向任一方向漫反射的光強(qiáng)Ii滿足下式：即Ii=IN·Cosi

則該漫反射體稱作“余弦幅射體”或“郎伯幅射體”。設(shè)激光發(fā)射光軸與目標(biāo)漫反射面法線重合，且主要反射能量集中在1rad以內(nèi)（約57°）則Ω=πu2=π

式中：ρ——目標(biāo)漫反射系數(shù)

Tα——大氣單程透過(guò)率本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分3、測(cè)距儀光接受系統(tǒng)能接受到的激光功率Pr

Pr=Pe·Ωr·Kr

Ωr——目標(biāo)對(duì)光接收系統(tǒng)入瞳的張角（物方孔徑角）所對(duì)應(yīng)的立體角

Kr——接收光學(xué)系統(tǒng)透過(guò)率

Ar——入瞳面積

R——目標(biāo)距離（m）所以：Pr=Pe·Kr·Ar/R2……（3）本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分4、測(cè)距公式以（1）代（2）并代入（3）得：光電探測(cè)器可接收到的激光功率Pr為：

整理得：Pr=Pt·Kt·ρ·Kr·Tα2·Ar/（AS·π·R2）式中：大氣透過(guò)率Tα=e-α，大氣衰減系數(shù)α=2.66/V，（V：為大氣能見(jiàn)距離km）本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

代入上式，整理得以光電探測(cè)器所能探得的最小光功率Pmin代替上式中的探測(cè)功率Pr，則可得最大探測(cè)距離Rmax為：結(jié)論：

1、激光發(fā)射能量大對(duì)測(cè)距有利：本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

若已知脈沖激光單脈沖能量E（J），和脈寬τ（s），則可由下式求其峰值功率Pt。

Pt=Et/τ

例：對(duì)YAG激光器：已知τ=5ns=5×10-9sec，

Et=10mJ=10×10-3J

但增大單脈沖能量必須提閾值電壓，這將導(dǎo)致:1）能耗上升，2）電磁干擾增大，3）氙燈壽命減少。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分2、小的激光發(fā)散角：措施：增大擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的角放大率。3、高透過(guò)率光學(xué)系統(tǒng)；4、大的接收孔徑角；5、大目標(biāo)對(duì)測(cè)距有利；6、高靈敏度探測(cè)器。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分二、光電讀數(shù)本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

因?yàn)闇y(cè)距儀的最小脈沖正量δ為：令N=1

例：設(shè)fT=150MHz=1.5×108Hz，C=3×108m三、測(cè)距精度對(duì)求偏微分，

·分析ΔN產(chǎn)生的誤差：本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分（2）光電計(jì)數(shù)誤差：可產(chǎn)生±1個(gè)脈沖當(dāng)量的誤差，且影響2次：（1）瞄準(zhǔn)誤差本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分四、測(cè)距儀光學(xué)原理框圖本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分五、激光接收光學(xué)系統(tǒng)

（一）激光接受光學(xué)系統(tǒng)的兩種基本型式

1、出瞳探測(cè)系統(tǒng)本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

場(chǎng)鏡的作用是減小探測(cè)器口徑，并使孔徑光欄成像在光電探測(cè)器上設(shè)計(jì)時(shí)滿足以下關(guān)系：式中：β為橫向放大倍率，φ0為光電探器光敏面直徑。解以上方程組，可得本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分2、出窗探測(cè)系統(tǒng)本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分（二）設(shè)計(jì)中幾個(gè)光學(xué)參數(shù)的討論1、接受物鏡相對(duì)孔徑和探測(cè)器光敏面（φ0）的關(guān)系。

本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

對(duì)出窗探測(cè)系統(tǒng)，設(shè)接收物鏡口徑為D，視場(chǎng)角為w，在象面上光斑直徑為φ，則當(dāng)w很小時(shí)，可用下式建立它們之間的關(guān)系：在出窗探測(cè)系統(tǒng)中，光敏面置于象面處，設(shè)光電探測(cè)器的光敏面為φ0，一般?。害铡?.8φ0

即2wfˊ≤0.8φ0，所以?′≤本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

注意：越大，接收能量越多，但光學(xué)系統(tǒng)象差愈難校正。例：若取，雪崩二極管光敏面直徑為：φ0=1mm2W=2.9°=50×10-3rad，則由上式可得D=3.2mm此時(shí)fˊ=16（mm）這樣光探測(cè)系統(tǒng)顯然是不合理的，因此，需要調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。例如，若將探測(cè)器換為光電倍增管，并取φ0=20mm，則上例中D=64mm，fˊ=320mm。此參數(shù)趨于合理。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分2、窄帶干涉濾波器與視場(chǎng)角W之間的矛盾如下圖，設(shè)干涉濾波器之視場(chǎng)角為：2W0=+5o，即W0=5o本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分設(shè)計(jì)時(shí)要求αmax≤[W0]例：設(shè)接收系統(tǒng)W=25×10-3rad，則αmax=8.53°>W0=5°解決這個(gè)矛盾的辦法是減小接收系統(tǒng)的相對(duì)孔徑，或增大探測(cè)器面積。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分一、問(wèn)題的提出則脈沖激光測(cè)距中最小脈沖當(dāng)量的公式：可知：δ與填充時(shí)鐘脈沖的頻率fT成反比，例，設(shè)fT=150MHz，C=3×108m/s

則δ=1m

因此在測(cè)量中，如果存在一個(gè)脈沖的誤差，則其測(cè)距誤差即為1m，這對(duì)遠(yuǎn)距離測(cè)量也許是允許的，但對(duì)近距離測(cè)量（如50m等），則誤差太大。如要求測(cè)距誤差為1cm，則要求時(shí)鐘脈沖的頻率應(yīng)為fT=15GHz，這將帶來(lái)三個(gè)問(wèn)題：8.3多周期脈沖激光測(cè)距

本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分·過(guò)高的時(shí)鐘脈沖不易獲得；

·高頻電子元器件價(jià)格昂貴，穩(wěn)定性較差；

·對(duì)電路的性能要求很高。二、多周期測(cè)距原理（一）非延時(shí)多周期脈沖激光測(cè)距

通過(guò)對(duì)脈沖激光在測(cè)距儀和目標(biāo)間往返多個(gè)周期累計(jì)時(shí)間求平均來(lái)提高測(cè)距精度的方法。設(shè)晶振填充時(shí)鐘脈沖的頻率為fT，測(cè)距儀距目標(biāo)的距離為S，光脈沖經(jīng)過(guò)N個(gè)周期后所走的總路程和為L(zhǎng)，本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

式中m：計(jì)數(shù)器在N個(gè)周期中所計(jì)的總晶振脈沖個(gè)數(shù)。

例：設(shè)N=150，fT=100MHz，C=3×108m/s，則當(dāng)m=1時(shí)，多脈沖測(cè)量時(shí)的最小脈沖正量為：而當(dāng)采用單脈沖測(cè)量時(shí)結(jié)論表明，多脈沖測(cè)量比單脈沖測(cè)量的測(cè)距精度提高了N倍。

本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

（二）固定延時(shí)多周期脈沖激光測(cè)距

當(dāng)測(cè)量距離很小時(shí)，則由“發(fā)射→接收→再發(fā)射……”過(guò)程中所形成的振蕩回路的頻率就很高。例：當(dāng)S=1.5m時(shí)，測(cè)量一次（光脈沖往返一次）所需時(shí)間

所以其振蕩回路的頻率為如此高的振蕩頻率對(duì)驅(qū)動(dòng)放大電路響應(yīng)速度要求太高。解決方法：在儀器接收到回波脈沖信號(hào)時(shí)，不馬上觸發(fā)下一個(gè)激光脈沖，而是增加一個(gè)固定的延時(shí)t0=m0/fT（m0為延時(shí)的時(shí)鐘脈沖數(shù)）后，才觸發(fā)下一個(gè)激光脈沖。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分固定延時(shí)再發(fā)射形成：再接收再延時(shí)發(fā)射接收本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

這樣，可有效降低振蕩回路的頻率。具體按以下程序?qū)嵤?/p>

1．發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出光脈沖；

2．從發(fā)射時(shí)刻開(kāi)始，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；

3．光脈沖從目標(biāo)返回被接收系統(tǒng)收到回波信號(hào)后，不關(guān)閉計(jì)數(shù)器，而是經(jīng)一固定延時(shí)t0后，再去觸發(fā)激光發(fā)出下一個(gè)光脈沖，同時(shí)計(jì)數(shù)計(jì)又開(kāi)始計(jì)數(shù)。以形成周期振蕩信號(hào)；

4．經(jīng)N個(gè)周期后，關(guān)閉計(jì)數(shù)器；

5．將N個(gè)周期測(cè)量的總時(shí)間t減去N個(gè)周期延時(shí)的時(shí)間Nt0的值取平均值，就可得到光脈沖往返一次所需的時(shí)間。

6．將該時(shí)間代入測(cè)距公式后可得所測(cè)距離。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第51頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

設(shè)時(shí)鐘脈沖頻率為fT，測(cè)距儀距目標(biāo)距離為S，光脈沖經(jīng)過(guò)N個(gè)周期后所走的總路程為L(zhǎng)，式中m：計(jì)數(shù)計(jì)的總計(jì)數(shù)脈沖數(shù)；

m0：延時(shí)t0內(nèi)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。例：設(shè)固定延時(shí)t0=200nS，N=150，fT=100MHz，則可算出延時(shí)脈沖個(gè)數(shù)為：本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第52頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分一、相位測(cè)距原理通過(guò)檢測(cè)被高頻調(diào)制的連續(xù)激光往返后和初始信號(hào)的相位差可使測(cè)距精度大大提高。連續(xù)激光經(jīng)過(guò)高頻調(diào)制后成為高頻調(diào)制光，設(shè)調(diào)制頻率為fυ，如下圖所示。激光往返一周的時(shí)間t可以用調(diào)制波的整數(shù)周期數(shù)及不足一個(gè)周期的小數(shù)周數(shù)來(lái)表示。8.4相位激光測(cè)距

本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第53頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第54頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分fυ——調(diào)制頻率（Hz）

N——光波往返全程中的整周期數(shù)

Δ

φ——不是一個(gè)周期的位相值

L定義為測(cè)距儀的電尺長(zhǎng)度：等于調(diào)制波長(zhǎng)的二分之一。則相位測(cè)距方程為：結(jié)論：因?yàn)長(zhǎng)為已知的，所以只需測(cè)得N和ΔN即可求D。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第55頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分二、相位測(cè)距的多值性在測(cè)距方程中ΔN是可以通過(guò)儀器測(cè)得的，但不能測(cè)得N值，因此，以上方程存在多值解，即存在測(cè)距的多值性。但若我們預(yù)先知道所測(cè)距離在一個(gè)電尺長(zhǎng)度L之內(nèi)，即令N=0，此時(shí)，測(cè)距結(jié)果將是唯一的。其測(cè)距方程變?yōu)椋豪涸O(shè)光調(diào)制頻率為fυ=150×103Hz

則電尺長(zhǎng)度當(dāng)被測(cè)距離小于1000m時(shí)，測(cè)距值是唯一的。即在1000m以內(nèi)的測(cè)距時(shí)N=0（不足一個(gè)電尺長(zhǎng)度）本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第56頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分三、相位測(cè)距精度將兩邊微分后，取有限微量，其中為相對(duì)測(cè)相精度（一般1/1000可比較容易做到的）例如，對(duì)上例而言，即此時(shí)測(cè)距精度可達(dá)1m。從上式可以看出ΔD與調(diào)制頻率fυ成反比，即欲提高儀器的測(cè)距精度(即使ΔD減少)，則須提高調(diào)制頻率fv.而由電尺長(zhǎng)度公式可知,此時(shí)可測(cè)距離減少。因此在測(cè)相精度受限的情況下，存在以下矛盾：本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第57頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分·若想得到大的測(cè)量距離→則測(cè)距精度不高

·若想得到高的測(cè)量精度→（電尺長(zhǎng)度短），則測(cè)量距離受限制。如何解決這個(gè)矛盾呢？四、雙頻率相位激光測(cè)距即設(shè)置若干個(gè)測(cè)量頻率進(jìn)行測(cè)量，現(xiàn)以兩個(gè)頻率為例加以說(shuō)明。設(shè)測(cè)量主頻為?1，輔助頻率為?2=k?1（k為<1的系數(shù)，如0.9=k）顯然，此時(shí)在儀器中存在2個(gè)電尺長(zhǎng)度，他們分別為：本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第58頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

此時(shí)，L2>L1

“游標(biāo)”原理：設(shè)兩頻率的光波從儀器發(fā)出時(shí)的初位相相同，則只有當(dāng)D=10L1或10L1的整數(shù)倍時(shí)，兩者位相才相等。即兩個(gè)調(diào)制頻率的相位差第二次等于0時(shí)，兩個(gè)頻率的電尺長(zhǎng)度L1和L2的末端經(jīng)過(guò)若干次后又剛好重合。且在一個(gè)周期內(nèi)，相位差與被測(cè)距離成正比。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第59頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第60頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

因此，只有測(cè)量距離不大于10L1（N≤10），就可根據(jù)（Δφ1-Δφ2）的值來(lái)確定N和距離D。采用兩個(gè)頻率測(cè)距時(shí)的測(cè)距方程：本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第61頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

上兩式相減，并以L2代入得：

式中：為可測(cè)距離的放大倍數(shù)，為新的電尺長(zhǎng)度。對(duì)上例：，即將電尺長(zhǎng)度放大了10倍，或者說(shuō)在儀器測(cè)相精度不變的條件下，可測(cè)距離擴(kuò)大了10倍，即Dmax=10L1。本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第62頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分N的確定：本文檔共70頁(yè)；當(dāng)前第63頁(yè)；編輯于星期二\17點(diǎn)12分

結(jié)論：

1、采用兩個(gè)頻