计算机测控技术论文.docVIP

成绩 中国农业大学 课程论文 （2011-2012学年秋季学期） 论文题目： 激光测距系统设计 课程名称： 计算机测控技术 任课教师： 郑永军 班　　级： 机制094 学　　号： 0910020125 姓　　名： 郭庆勇 课程论文格式要求（封皮的背面）： 1．课程论文采用统一封面，以左侧为准装订成册。 2．课程论文一律使用标准A4复印纸打印或使用标准A4复印纸手写稿形式上交。 3．论文打印的格式要求： 论文标题（使用隶书二号加黑；一级标题、二级标题、三级标题分别使用宋体三号、四号及小四号并加加黑） 摘要、关键字（需使用宋体小四号） 正文（使用宋体小四号，行距20磅） 参考文献（使用宋体五号） 激光测距系统设计 摘要：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。激光与普通光源所发出的光相比，有显著的区别，形成差别的主要原因在于激光是利用受激辐射原理和激光腔滤波效应；而这些本质性的成因使激光具有激光的亮度高、激光的单色性好、激光的方向性好、激光的相干性好等优良特点。 关键字：激光 测距 设计 方法 激光测距的基本公式为： （ c——大气中的光速 t——为光波往返所需时间）由于光速极快，对于一个不太大的D来说，t是一个很小的量， 例：设D=15km，c=3×105km/sec 则t=5×10-5sec。由测距公式可知，如何精确测量出时间t的值是测距的关键。由于测量时间t的方法不同，产生了两种测距方法：脉冲测距和相位测距。 激光测距的方程可以如下表示： 测距仪光学原理框图如下表示： 激光接收光学系统有两种基本形式，即出瞳探测系统和出窗探测系统。我们以“出瞳探测系统”为例，做些说明。 其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；设计时满足以下关系： （β为横向放大倍率，φ0为光电探器光敏面直径）解以上方 程组，可得 其原理图如下： 激光测距的方法 ① 相位法激光测距技术原理 基于相位法的激光测距仪轻易地就可以克服超声波测距的一大缺陷：误差过大，使测量精度达到毫米级别。而基于此法的激光测距仪主要的缺点在于电路复杂、作用距离较短。 相位法激光测距技术，是采用无线电波段频率的激光，进行幅度调制并将正弦调制光往返测距仪与目标物间距离所产生的相位差测定，根据调制光的波长和频率，换算出激光飞行时间，再依次计算出待测距离。该方法一般需要在待测物处放置反射镜，将激光原路反射回激光测距仪，由接收模块的鉴波器进行接收处理。也就是说，该方法是一种有合作目标要求的被动式激光测距技术。如下图所示： 由图所显示的关系，我们可以知道，用正弦信号调制发射信号的幅度，通过检测从目标反射的回波信号与发射信号之间的相移φ，通过计算即可以得到待测距离。Δ D=ct/2 = 1 \* GB3 ① t=φ/ω = 2 \* GB3 ② 又有ω=2nf = 3 \* GB3 ③ φ=N+Δφ = 4 \* GB3 ④ 即D=（N+Δφ） *c/(4nf) = 5 \* GB3 ⑤ 其中，D是待测距离，也即测距仪与目标物间距离；C是光速，等于299792458m/s（假设光速未受环境影响）；t是往返测距仪与目标物间距离一次的时间；φ是激光光束往返一次后所形成的相位差；Δφ是激光光束往返一次后所形成的相位差不足半波长的部分；N是相位差中半波长的个数；ω是调制信号的角频率。 由于N的个数在激光飞行之后并不能确定，所以这就导致了基于相位法的激光测距仪只能测定Δφ，相位差中不足半波长的部分。这就形成了相位法的内伤：最长作用距离固定，由调制光的波长决定。但是从另一方面看，相位法激光测距仪可以准确地测量半个波长内的相位差，这也成就了相位法激光测距仪最为突出的优点：测量精度高，可达到毫米级别。 ②脉冲法激光测距技术原理 相位法与超声波测速测距所用方法相类似，最大测量距离通常为几百米，能较容易达到毫米的数量级，但是按照该方法设计的测距仪的最大测量距离是受到限制的，不可扩展。该方法主要在国外应用较广。而脉冲法激光测距一般采用红外激光，包括近红外激光和中红外激光。该波段激光有可见和非可见之分。且基于此技术的测距仪对相干性要求低、速度快、实现结构简单、峰值输出功率高、重复频率高且范围大，所以此项目使用的是脉冲方法设计手持激光测距仪。脉冲法激光测距的原理是： 如上图，激光测距设备对准测量目标——Target，发送光脉冲，光脉冲在经过光学镜头时，一束被透镜前的平面镜反射，进入激光反馈计时模块，经光电转换及放大滤波整流后，电平信号送入时间数字转换芯片的开始计时端；另一束激光脉冲经过透镜压缩发散角后，开始飞行，遇到