激光测距原理和应用[通俗易懂]

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激光测距方法的分类

          般来说激光测距技术可分为两类:激光飞行时间测距和激光非飞行时间测距。激光飞行时间测距既利用激光到达目标所用时间来进行测距的方法。非飞行时间测距则是采用光子计数或数学统计方法进行测距的方法。
          飞行时间测距主要有三种方法:相位激光测距、脉冲激光测距和调频连续波测距。其中相位激光测距和调频连续波测距都是连续波激光测距,只是两者起止时刻标识不同。脉冲激光测距和相位激光测距应用范围最为广泛。

脉冲激光测距

           由于激光在空气中的传播速度基本不变,所以通过测量激光到目标往返所用时间就可计算出距目标物的距离,脉冲激光测距正是利用了这一特性,它通过测定激光脉冲在被测目标距离走一个往返的时间来测定目标的距离[6]。激光测距经由触发信号触发,对目标发射一个或一列很窄的光脉冲(脉冲宽度小于等于50ns),测量自发射光脉冲起始,到达目标并由目标返回到接收机的时间,由此计算出目标距离[7]。
由信号处理电路发射触发信号驱动激光发射电路发射激光,经目标反射回来的脉冲激光为回波。设测量目标距离为R,激光脉冲往返经过的时间既主波与回波之间的时间间隔为t,则R = ct/2。

式中,光在空气中传播速度为C,光脉冲发射到目标,经由目标反射回到激光接收电路的时间间隔t是通过对在这一时间间隔内进入计数器的时钟脉冲个数来测量距离的,激光脉冲在此只起到开关作用。设在这段时间里进入计数器的时钟脉冲有n个,设时钟脉冲之间的时间间隔为T,此时时钟脉冲的振荡频率/ = l/r为,则

相位激光测距

激光相位测量[8]是利用对激光强度进行调制,使发射的激光和经过目标反射接收的激光之间光强的相位差实现的。相位调制的方法有三种^:直接调制法、声光或电光调制法和模间拍频调制法。直接调制法是对驱动电流直接调制,具有简单易调制等优点,但其缺点是调制波会随着调制频率的增加波形变形严重,调制深度会降低,一般应用于短程测距;光调制是通过光在声场、电场等中的衍射现行进行调制,具有驱动功率低、光损耗小等优点,但在千兆赫兹的高频时波形就会变形严重;模间拍频调制则在几百兆赫兹的高频时也可具有很好的调制深度等优点,非常适合于高精度相位测距。相位激光测距法具有测量精度高等优点主要应用于精密测距方面,测距精度一般在毫米级。相位激光测矩向目标发射一组连续波,连续波经过测距目标反射回来从而产生了相位差。通过测出相位差就可计算出目标距离R。设/为调制频率,波长为A = c//,角频每为<0=lTrf ,光速为C,激光发射后激光接收电路接收到的回波之间的时间相位差位移，