理论教育 经典脉冲激光测距的原理和组成

经典脉冲激光测距的原理和组成

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:在脉冲激光测距机中,t是通过计数器计数从光脉冲发射到目标,以及从目标返回到接收机期间进入计数器的钟频脉冲个数来测量的。图8-1为脉冲激光测距原理图。激光发射机由Q开关脉冲激光器、发射光学系统、取样器及瞄准光学系统组成。激光电源由高压电源和低压电源组成。门控电路在关门脉冲信号的控制下关门,钟频脉冲停止进入计数器。

经典脉冲激光测距的原理和组成

脉冲激光测距机用脉冲法测距,即利用脉冲激光器对目标发射单个或系列的光脉冲(脉冲宽度通常小于50 ns),测量光脉冲到达目标并由目标返回到接收机的时间t,设光在空气中的传播速度为c,则可计算出目标距离R=ct/2。

在脉冲激光测距机中,t是通过计数器计数从光脉冲发射到目标,以及从目标返回到接收机期间进入计数器的钟频脉冲个数来测量的。设在这段时间里,有n个钟频脉冲进入计数器,钟频脉冲之间的时间间隔为τ,钟频脉冲频率为f,则

其中,l=c/2f表示每一个钟频脉冲所代表的距离增量,计数n个钟频脉冲,就得到距离R。因此l的数值确定了计数器的计数精度。

图8-1为脉冲激光测距原理图。脉冲激光测距机一般由激光发射机、激光接收机和激光电源组成。激光发射机由Q开关脉冲激光器、发射光学系统、取样器及瞄准光学系统组成。激光接收机由接收光学系统、光电探测器、放大器(包括低噪声前置放大器和视频放大器)、接收电路(包括阈值电路、脉冲成形电路、门控电路、逻辑电路、复位电路等)和计数显示器(包括石英晶体振荡器)组成。激光电源由高压电源和低压电源组成。(www.daowen.com)

图8-1 脉冲激光测距原理图

脉冲激光测距机的工作过程如下:首先用瞄准光学系统瞄准目标,然后接通激光电源,储能电容器充电,产生触发闪光灯的触发脉冲,闪光灯点亮,激光器受激辐射,从输出反射镜发射出一个前沿陡峭、峰值功率高的激光脉冲,通过发射光学系统压缩光束发射角后射向目标。同时从激光器全反射镜透射出来的极少量激光能量,作为起始脉冲,通过取样器输送给激光接收机,经光电探测器转变为电信号,并通过放大器放大和脉冲成形电路整形后,进入门控电路,作为门控电路的开门脉冲信号。门控电路在开门脉冲信号的控制下开门,石英振荡器产生的钟频脉冲进入计数器,计数器开始计数。由目标漫反射回来的激光回波脉冲经接收光学系统接收后,通过光电探测器转变为电信号和放大器放大后,输送到阈值鉴别电路。超过阈值电平的信号送至脉冲成形电路整形,使之与起始脉冲信号的形状(脉冲宽度和幅度)相同,然后输入门控电路,作为门控电路的关门脉冲信号。门控电路在关门脉冲信号的控制下关门,钟频脉冲停止进入计数器。通过计数器计数出从激光发射至接收到目标回波期间所进入的钟频脉冲个数,从而得到目标距离,并通过显示器显示出距离数据。一般整个测距过程仅需1~2 s。为了使激光束对准目标发射,接收机对准目标接收,要求瞄准光学系统、发射光学系统和接收光学系统的3条光轴严格平行。

脉冲激光测距机的测距精度一般为±10 m或±5 m,但如果应用完善的技术,测距精度可达到0.15 m。脉冲激光测距机的发射功率高,测距能力较强(对非合作目标测距,最大测程可达到30 km),体积小,多应用于军事上对非合作目标(如各种战场目标)的测距。

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