激光绝对距离测量技术

laser 测量原理
激光测距（laser distance measuring）是以激光器作为光源进行测距。

根据激光工作的方式，可以分为连续激光器和脉冲激光器。

激光测距的原理主要是基于光速和时间的关系，通过测量光在空气中传播的时间来计算距离。

对于脉冲激光测距，测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。

光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。

脉冲法测量距离的精度一般是在±10厘米左右，而测量盲区一般是1米左右。

此外，还有相位式激光测距，主要使用连续输出的氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器。

相位式激光测距的原理是利用激光器的频率稳定度和传播速度，通过测量相位差来计算距离。

相位式激光测距的精度较高，可以达到毫米级别，但测量范围较小。

以上内容仅供参考，如需获取更多信息，建议查阅关于激光测距的资料或者咨询专业人士。

一、激光测距简介：激光测距仪无论在军事应用方面，还是在科学技术、生产建设方面，都起着重要作用。

由于激光波长单一，测量精度高，且激光测距仪结构小巧，安装调整方便，故激光测距仪是目前高精度测距最理想的仪器。

激光器与普通光源有显著的区别，它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点：①激光有小的光束发散角，即所谓的方向性好或准直性好。

②激光的单色性好，或者说相干性好，普通灯源或太阳光都是非相干光。

③激光的输出功率虽然有限度，但光束细，所以功率密度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。

若激光是连续发射的，测程可达40公里左右，并可昼夜进行作业。

若激光是脉冲发射的，一般绝对精度较低，但用于远距离测量，可以达到很好的相对精度。

世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年，首先研制成功的。

美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。

1961年，第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验，对此后激光测距仪很快就进入了实用联合体。

激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。

它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。

由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测距仪。

国内外出现了一批新型的具有测距快、体积小、性能可靠等优点的微型测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。

激光测距仪-分类：一维激光测距仪用于距离测量、定位；二维激光测距仪（Scanning Laser Range finder）用于轮廓测量，定位、区域监控等领域；三维激光测距仪（3D Laser Range finder）用于三维轮廓测量，三维空间定位等领域。

激光测距-方法激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。

第一章绪论1．1测量绝对距离技术概论绝对距离测量指无导轨测长。

激光干涉仪测量过程中虽然可以达到纳米级甚至亚纳米级的测量精度，但也有种种局限性，如只能进行增量式测量，测量过程不能间断，以及需要导轨作为参考标准等等。

这些缺点限制了激光干涉仪的应用场合。

所以在实际测量中迫切需要无导轨绝对距离测量。

1．1．1绝对距离干涉测量(无导轨测量)方法无导轨测量的研究历史应该追溯到迈克尔逊时代。

在1892年把国际标准米尺与Cd红线波长相比较提高了小数重合法。

在激光出现之后，激光光谱学的研究结果向人们展示了极为丰富的谱线系列和令人振奋的相干特性。

1976年，C．R．Ti lford和A．G．0rszag首先报导了使用CO2激光器进行多波长干涉测长而不必求助于其他初测手段，成为严格意义上的激光多波长无导轨测量的开端。

1977年C．R．Ti 1ford对于由条纹尾数确定长度的分析法进行了系统的理论分析，并且提供了合成波长的概念，对激光多波长干涉测量起了重要的推动作用。

此后各国科学家开展研究。

无导轨测量比有导轨测量有明显的优点，因为它不但省去了导轨，也避免了在累加计数过程中出现的误差甚至是错误，省去了滑板移动的时间等等。

另一个更为重要的优点是在三维跟踪控制中应用更为方便和避免余弦误差的不断累积。

激光多波长无导轨测量技术无疑会推动测量机器人的发展。

1．2绝对距离测量原理用光学干涉仪测量长度时，干涉仪的干涉条纹与被测光程差之间的关系下：其中L为被测长度，N，ε分别为干涉条纹的整数级次和小数部分。

它们都是正数，λ是光波波长。

上式中ε可以直接通过干涉仪精确测量出来，N可以有两种方法获得：一是利用条纹计数。

二是利用L的已知初始值，通过计算估计，确定N即无导轨绝对距离测量法。

设被测长度L的粗测值为L0，其测量的不确定度为△L，即L= L0+△L，那么：两式相减得：要使整数唯一确定，只需使m1-m2<1，即△L <λs/4。

利用飞秒激光测量绝对长度
帕力哈提.米吉提;A.K.Dmitriev
【期刊名称】《光学与光电技术》
【年(卷),期】2010(8)5
【摘要】主要研究了如何利用飞秒激光测量绝对长度。

解析和数值计算结果显示当飞秒激光通过理想的法布里-珀罗干涉仪时,利用干涉仪透射最大值可以实现绝对标准长度的测量。

据此提出了标准频率与绝对长度一一对应的标准。

【总页数】5页(P45-48)
【关键词】飞秒激光;精确测量;标准频率;绝对长度
【作者】帕力哈提.米吉提;A.K.Dmitriev
【作者单位】新疆大学物理科学与技术学院;新西伯利亚国立技术大学物理工程系【正文语种】中文
【中图分类】TN248.1
【相关文献】
1.飞秒脉冲激光绝对距离干涉测量理论分析 [J], 武腾飞;梁志国;严家骅;张大鹏
2.利用非锁定飞秒激光实现太赫兹频率的精密测量∗ [J], 孙青;杨奕;邓玉强;孟飞;赵昆
3.利用OMA谱仪测量飞秒激光的谐波光谱 [J], 王光昶;陈旭;梁栋;张建炜;郑志坚
4.卫星编队飞行的飞秒激光绝对距离测量与高精度控制技术 [J], 宋有建;宗群;余化枫;师浩森;邵士凯
5.利用锁相飞秒激光对碘分子R(59)8-4超精细跃迁的绝对频率测量 [J], 袁杰;伊林;陈文兰;齐向辉;汪中;沈乃瀓;陈徐宗
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

光频梳绝对距离测量关键技术及应用光频梳绝对距离测量是一种基于光学干涉和频谱分析的精密测量技术。

其关键技术主要包括光频梳的产生、光学干涉的测量和控制、以及数据处理和分析。

下面将详细介绍这些关键技术及其应用。

1.光频梳的产生
光频梳是一种具有多个等间隔频率分量的光信号，其产生方式通常是通过非线性光学效应或光参量振荡器等。

在绝对距离测量中，光频梳的频率范围和稳定性对测量精度有着重要影响。

因此，需要采用高精度、高稳定性的光频梳产生技术，以确保测量结果的准确性。

1.光学干涉的测量和控制
光学干涉是光频梳绝对距离测量的核心部分。

通过将待测距离与已知距离的光线进行干涉，可以得到干涉条纹的相位信息。

为了准确测量干涉条纹的相位，需要采用高灵敏度的光电探测器和高速数据采集系统。

同时，还需要对光学干涉系统进行精确的控制，包括光源的波长、干涉臂的长度和角度等，以确保干涉条纹的稳定性和可重复性。

1.数据处理和分析
在获得干涉条纹的相位信息后，需要进行数据处理和分析，以得出待测距离的绝对值。

这需要采用高性能的计算机和相
关软件，对干涉条纹进行快速傅里叶变换、相位解包等处理，以得到距离的绝对值。

同时，还需要对测量结果进行误差分析和校正，以提高测量精度。

应用方面，光频梳绝对距离测量技术在许多领域都有广泛的应用，如激光雷达、光学传感、精密测量等。

例如，在激光雷达中，光频梳绝对距离测量可以用于实现高精度、高分辨率的距离测量和地形测绘；在光学传感中，可以用于实现高灵敏度的气体、液体等物质的浓度和成分检测；在精密测量中，可以用于实现微米甚至纳米级别的距离测量和定位控制。

激光测距的原理
激光测距是一种利用激光技术来测量距离的方法。

其原理是利用激光束的特性，通过测量激光束从发射到接收所需的时间来计算出目标物体与测距仪之间的距离。

激光测距一般采用脉冲激光器发射一束短脉冲激光，激光束经由发射器发射出去，当遇到目标物体时会被目标物体散射或反射回来，再通过接收器接收到回波信号。

接收器会记录下激光束发射和接收之间的时间间隔，即回波的时间差。

根据光速恒定的原理，可以利用回波的时间差来计算出激光从发射到接收的路径长度，进而得出目标物体与测距仪之间的距离。

在实际激光测距过程中，还需要考虑到环境中的气候因素对激光传输的影响。

因为气压、气温和湿度等气象条件的变化会对激光的传播速度产生一定的影响，因此在测距之前需要对这些气象因素进行校正。

同时，还需考虑到激光束在传输过程中受到大气吸收、激光器本身的波长变化和散射等因素的影响，以提高测距的准确性。

总之，激光测距利用激光束的传输速度和回波时间差来计算目标物体与测距仪之间的距离，是一种精确而高效的测距方法。

激光扫描测距原理
激光扫描测距是一种利用激光束测量物体距离的技术。

它利用激光器发射出的激光束照射到目标物体上，并通过接收器接收反射回来的激光信号。

通过测量激光信号的发射时间与接收时间间隔，可以计算出目标物体与测量仪的距离。

激光扫描测距的原理是基于激光的时间-距离关系。

激光在空气中传播速度很快，大约为每秒299,792,458米。

当激光器发射出激光束照射到目标物体上，激光束会在物体表面反射或散射。

接收器会接收到反射回来的激光信号，并记录下信号的发射时间与接收时间。

根据激光在空气中传播的速度，可以根据发射时间与接收时间的差值计算出激光在空气中传播的时间。

由于光在空气中传播的速度是恒定的，可以根据时间与速度的关系，计算出激光在空气中传播的距离。

然而，在实际应用中，还需要考虑到激光束的展宽效应和目标物体表面特性对激光的吸收、散射等因素的影响。

因此，需要校正这些因素对测量结果的影响，以获得更精确的测量结果。

综上所述，激光扫描测距是利用激光的时间-距离关系，通过测量激光信号的发射时间与接收时间，计算出目标物体与测量仪的距离。

激光测距技术在空间的应用随着空间技术和航天工业的发展。

空间距离测量已成为空间领域的重要研究内容。

传统雷达测距在太空中极易受到高能粒子和电磁波的干扰，测量精度低，无法满足高精度测量的要求。

宇宙空间空气稀薄、温度变化剧烈，无法进行超声波测距。

因此。

测量空间距离需要一种适合空间环境、抗干扰能力强和测量精度高的测距方法。

激光测距技术是一种自动非接触测量方法，对电磁干扰不敏感，抗干扰能力强，测量精度高。

与一般光学测距技术相比，它具有操作方便、系统简单及白天和夜晚都可以工作的优点。

与雷达测距相比，激光测距具有良好的抗干扰性和很高的精度。

在重复测距的同时，以细激光束对空间扫描，同时获得目标的距离、角度和速度等信息，这就是激光雷达。

激光雷达能实现很多传统雷达达不到的性能要求。

激光的发散角小、能量集中。

能够实现极高的探测灵敏度和分辨率；其极短的波长使得天线和系统尺寸可以很小，这些都是传统雷达所不可比拟的。

与微波雷达相比，激光测距仪方向性好、体积小、重量轻。

非常适用于搭载在航天器上进行空间目标距离测量。

激光测距技术综合了激光器技术、光子探测技术、信号处理技术等多项技术。

测距精度高。

测程大，可靠性高，能够满足空间目标高精度、大测程测距的要求。

在空间测量领域获得了广泛应用。

1．1研究背景及意义激光是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光，激光的特点有：1．方向性好——普通光源(太阳、白炽灯或荧光灯)向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内，这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。

激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性。

2．亮度高——激光是当代最亮的光源，只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。

太阳光亮度大约是103瓦／(厘米2·球面度)，而一台大功率激光器的输出光亮度经太阳光高出7～14个数量级。

这样，尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度高温。