激光測(cè)量與探測(cè)技術(shù)哈工大報(bào)告(編輯修改稿)
2025-02-17 17:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 為脈沖式激光測(cè)距和連續(xù)波相位式激光測(cè)距。脈沖激光測(cè)距的精度不高，一般為數(shù)米量級(jí)。連續(xù)波激光測(cè)距測(cè)量精度高，通常在毫米量級(jí)，考慮到精度和帶寬問題，本設(shè)計(jì)選用的是正弦波調(diào)制的相位式激光測(cè)距。下面詳細(xì)介紹其原理相位式激光測(cè)距基本原理框圖如圖2所示圖2 相位式激光測(cè)距基本原理框圖圖2 相位式激光測(cè)距基本原理框圖設(shè)用相位式測(cè)距儀測(cè)定兩點(diǎn)間的距離D，由測(cè)距儀發(fā)射調(diào)制激光束，射向反射鏡后被反射回接收系統(tǒng)。設(shè)調(diào)制波往返于距離D所花費(fèi)的時(shí)間是t，已知光波在大氣中的傳播速度是c，則距離為 (1)把調(diào)制波在測(cè)線上按往返距離展開?？梢?，調(diào)制波回到收發(fā)點(diǎn)的相位比發(fā)射波延遲了角，且 (2)將式(2)代入(1)中，得 (3) 式中，是調(diào)制波的波長，等于調(diào)制波的N個(gè)整周期加上不足一個(gè)整周期的尾數(shù)，所以 (4)上式表明，如果測(cè)得光波相移中2的整數(shù)N和小數(shù)△N，就可確定距離D。調(diào)制波往返于測(cè)程上的整波數(shù)我們是無法知道的。儀器只能測(cè)定的距離，也就是說只能測(cè)定小于2二的余角△中。因此需要在儀器中設(shè)置兩個(gè)頻率，譬如令,這樣可利用去測(cè)量相應(yīng)于△的距離，即測(cè)出小于l 0m的毫米位、厘米位、分米位和米位數(shù)。利用去測(cè)量相應(yīng)于△的距離，即測(cè)出十米位和百米位，再使二者銜接起來，就得到完整的距離讀數(shù)。這樣，就解決了測(cè)距儀高精度和長測(cè)程之間的矛盾，其中最短的測(cè)尺保證了必要的測(cè)距精度，最長的測(cè)尺則保證了測(cè)距儀的測(cè)程。圖3 雙頻測(cè)量示意圖4 系統(tǒng)誤差分析根據(jù)相位法激光測(cè)距公式(3)，對(duì)D求微分得， (5)可知，理論上影響相位法測(cè)距精度的主要有光速誤差、調(diào)制頻率f的誤差(頻穩(wěn)度)和相位差的測(cè)量誤差決定。另外還有元器件在高頻環(huán)境下的穩(wěn)定性、接收器件隨光強(qiáng)不同的非線性和電子線路干擾等的影響。其中，光速誤差對(duì)本設(shè)計(jì)的距離而言，影響很小，可以忽略。系統(tǒng)頻率源采用穩(wěn)定性很高的數(shù)字頻率合成器，其頻穩(wěn)度達(dá)到109級(jí)，減小了頻穩(wěn)度造成的測(cè)距誤差。下面詳細(xì)介紹下對(duì)測(cè)距精度有重要影響的測(cè)相誤差，它主要包括相位不均勻誤差、幅相誤差和測(cè)相原理性誤差。 相位不均勻性誤差引起相位不均勻性誤差的原因是光束的相位不均勻性和光電探測(cè)器的相位不均勻性。光束作為
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