計算機測控技術(shù)論文.doc

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1、成績中國農(nóng)業(yè)大學課程論文（2011-2012學年秋季學期）論文題目：激光測距系統(tǒng)設(shè)計課程名稱：計算機測控技術(shù)任課教師：鄭永軍班　　級：機制094學　　號：0910020125姓　　名：郭慶勇課程論文格式要求（封皮的背面）：1．課程論文采用統(tǒng)一封面，以左側(cè)為準裝訂成冊。2．課程論文一律使用標準A4復印紙打印或使用標準A4復印紙手寫稿形式上交。3．論文打印的格式要求：論文標題（使用隸書二號加黑；一級標題、二級標題、三級標題分別使用宋體三號、四號及小四號并加加黑）摘要、關(guān)鍵字（需使用宋體小四號）正文（使用宋體小四號，行距20磅）參考文獻（

2、使用宋體五號）激光測距系統(tǒng)設(shè)計摘要：激光測距儀是利用激光對目標的距離進行準確測定(又稱激光測距)的儀器。激光與普通光源所發(fā)出的光相比，有顯著的區(qū)別，形成差別的主要原因在于激光是利用受激輻射原理和激光腔濾波效應(yīng)；而這些本質(zhì)性的成因使激光具有激光的亮度高、激光的單色性好、激光的方向性好、激光的相干性好等優(yōu)良特點。關(guān)鍵字：激光測距設(shè)計方法激光測距的基本公式為：（c——大氣中的光速t——為光波往返所需時間）由于光速極快，對于一個不太大的D來說，t是一個很小的量，例：設(shè)D=15km，c=3×105km/sec則t=5×10-5sec。由測距公

3、式可知，如何精確測量出時間t的值是測距的關(guān)鍵。由于測量時間t的方法不同，產(chǎn)生了兩種測距方法：脈沖測距和相位測距。激光測距的方程可以如下表示：測距儀光學原理框圖如下表示：激光接收光學系統(tǒng)有兩種基本形式，即出瞳探測系統(tǒng)和出窗探測系統(tǒng)。我們以“出瞳探測系統(tǒng)”為例，做些說明。其場鏡的作用是減小探測器口徑，并使孔徑光欄成像在光電探測器上；設(shè)計時滿足以下關(guān)系：（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，可得其原理圖如下：一、激光測距的方法①相位法激光測距技術(shù)原理基于相位法的激光測距儀輕易地就可以克服超聲波測距的一大缺陷：誤差過大

4、，使測量精度達到毫米級別。而基于此法的激光測距儀主要的缺點在于電路復雜、作用距離較短。相位法激光測距技術(shù)，是采用無線電波段頻率的激光，進行幅度調(diào)制并將正弦調(diào)制光往返測距儀與目標物間距離所產(chǎn)生的相位差測定，根據(jù)調(diào)制光的波長和頻率，換算出激光飛行時間，再依次計算出待測距離。該方法一般需要在待測物處放置反射鏡，將激光原路反射回激光測距儀，由接收模塊的鑒波器進行接收處理。也就是說，該方法是一種有合作目標要求的被動式激光測距技術(shù)。如下圖所示：由圖所顯示的關(guān)系，我們可以知道，用正弦信號調(diào)制發(fā)射信號的幅度，通過檢測從目標反射的回波信號與發(fā)射信號之

5、間的相移φ，通過計算即可以得到待測距離。ΔD=ct/2①t=φ/ω②又有ω=2nf③φ=N+Δφ④即D=（N+Δφ）*c/(4nf)⑤其中，D是待測距離，也即測距儀與目標物間距離；C是光速，等于299792458m/s（假設(shè)光速未受環(huán)境影響）；t是往返測距儀與目標物間距離一次的時間；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長的部分；N是相位差中半波長的個數(shù)；ω是調(diào)制信號的角頻率。由于N的個數(shù)在激光飛行之后并不能確定，所以這就導致了基于相位法的激光測距儀只能測定Δφ，相位差中不足半波長的部分

6、。這就形成了相位法的內(nèi)傷：最長作用距離固定，由調(diào)制光的波長決定。但是從另一方面看，相位法激光測距儀可以準確地測量半個波長內(nèi)的相位差，這也成就了相位法激光測距儀最為突出的優(yōu)點：測量精度高，可達到毫米級別。②脈沖法激光測距技術(shù)原理相位法與超聲波測速測距所用方法相類似，最大測量距離通常為幾百米，能較容易達到毫米的數(shù)量級，但是按照該方法設(shè)計的測距儀的最大測量距離是受到限制的，不可擴展。該方法主要在國外應(yīng)用較廣。而脈沖法激光測距一般采用紅外激光，包括近紅外激光和中紅外激光。該波段激光有可見和非可見之分。且基于此技術(shù)的測距儀對相干性要求低、速度

7、快、實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、峰值輸出功率高、重復頻率高且范圍大，所以此項目使用的是脈沖方法設(shè)計手持激光測距儀。脈沖法激光測距的原理是：如上圖，激光測距設(shè)備對準測量目標——Target，發(fā)送光脈沖，光脈沖在經(jīng)過光學鏡頭時，一束被透鏡前的平面鏡反射，進入激光反饋計時模塊，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及放大濾波整流后，電平信號送入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的開始計時端；另一束激光脈沖經(jīng)過透鏡壓縮發(fā)散角后，開始飛行，遇到目標障礙物后發(fā)生漫反射，部分激光返回到激光接收處理電路，同樣地，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換及放大濾波整流后，所形成的電平信號送入時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片結(jié)束計時端，即完成整個測量過程

8、。其中，設(shè)D為待測距離，T為往返測量點與待測物間距離所用時間，C為激光在空氣中傳播的速度（假設(shè)已設(shè)置測量的環(huán)境參數(shù)），n為測量時大氣折射率，那么；D=CT/2n非常簡單地，我們把對距離的測量轉(zhuǎn)變?yōu)閷r間差的測量，所以，在脈沖式激光測距