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激光测距的原理
激光测距是利用激光器发出的高能量、高频率的光束进行测量的一种方法。
它基于光的传播速度是一个已知的常数，并且在真空中时速为299,792,458米每秒的原理。
激光测距仪由发射器、接收器以及控制电路组成。
发射器发出一个短脉冲的激光束，该激光束经过一定的光学器件后，瞄准待测距物体上的目标点。
当激光束照射到目标点上后，部分能量会被目标吸收，而另一部分则会被反射回来。
接收器接收到反射回来的光束，并将其转换为电信号。
控制电路会根据接收到的信号，计算出激光从发射到返回所经过的时间差，即“飞行时间”。
由于光的传播速度已知，通过时间差可以计算出激光从发射到返回所经过的距离。
在实际测量中，激光测距仪会通过多次发射-接收的循环进行测量，从而提高测量的准确性。
通过对多次测量结果的处理，可以得到目标点与测量仪之间的距离。
激光测距的原理基于光的传播速度的稳定性和高精度，因此在许多领域中得到了广泛的应用，例如地质勘探、建筑测量、工业制造等。
它具有测量速度快、精度高、非接触测量等优点，成为现代测量技术中不可或缺的一部分。
激光测距工作原理
激光测距的工作原理：激光测距的基本原理是以激光作为信号源，以调制光束作为目标，用激光测距仪接收目标反射回来的信号，并由激光测距仪计算出目标的距离。
而这里需要先介绍一下光的基本性质。
光是一种电磁波，它在空间传播时，遇到各种障碍都会被反射或折射。
比如，当一束光照射到水面上时，一部分光被反射到水面以下，还有一部分光被折射到了远处，这就是我们常说的“光的漫反射”现象。
如果你要测量光经过水面所花的时间，那么你可以把一束激光放在水中，然后测量这束激光通过水面所花的时间。
因为水具有“折射”性，所以经过水的反射后，距离就可以算出来了。
同理可知，其他物体也具有同样性质。
那么激光测距就是根据这一原理来进行测量的。
— 1 —。
激光测距原理激光测距是一种利用激光束来测量目标距离的技术。
它主要应用于工业、建筑、地理测绘、军事等领域，具有测量精度高、速度快、非接触式测量等优点。
激光测距原理是基于光的传播速度和时间的关系，通过测量激光束从发射到接收的时间来计算目标距离。
下面我们来详细了解一下激光测距的原理。
1. 发射激光。
激光测距的第一步是发射激光。
激光器产生的激光束具有单色性、方向性和相干性，能够保持较小的束散。
这样就能够保证激光束在传播过程中能够保持一定的直线传播，从而保证测量的准确性。
2. 激光束传播。
激光束从激光器发射出来后，会沿着一定的方向传播。
在传播过程中，激光束会受到大气、地形等因素的影响，但由于激光束的单色性和方向性，这些影响相对较小，不会对测量结果产生显著影响。
3. 激光束照射目标。
激光束照射到目标后，会被目标表面反射或散射。
这时，激光束的能量会部分损失，但仍然能够保持一定的能量，以便接收器能够接收到足够的信号进行测量。
4. 接收激光。
接收器接收到目标反射或散射的激光束后，会将其转化为电信号。
这个过程需要非常快速和精确，以保证测量的准确性。
5. 计算距离。
接收到激光信号后，系统会通过计算激光从发射到接收的时间来确定目标距离。
由于光在真空中的传播速度是一个已知的常数，因此通过测量激光的时间，就可以准确地计算出目标距离。
总结。
激光测距原理是利用激光束的传播速度和时间的关系来实现对目标距离的测量。
通过发射激光、激光束传播、照射目标、接收激光和计算距离等步骤，可以实现对目标距离的快速、准确测量。
激光测距技术在工业、建筑、地理测绘、军事等领域有着广泛的应用前景，随着技术的不断发展和完善，相信激光测距技术会在未来发挥更加重要的作用。
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。
激光测距的原理激光测距是一种利用激光技术进行距离测量的方法，它通过测量光脉冲的往返时间来确定目标物体与测距仪之间的距离。
激光测距技术在工业、建筑、地质勘测、军事等领域都有着广泛的应用，其原理简单而又精准，成为现代测距领域中的重要手段。
激光测距的原理基于光的传播速度恒定不变这一基本规律。
光在真空中的传播速度约为每秒30万公里，而在大气中的传播速度也非常接近这个数值。
因此，当激光束发射出去并被目标物体反射回来时，测距仪可以通过测量光脉冲的往返时间来计算目标物体与测距仪之间的距离。
在实际应用中，激光测距仪通常由激光发射器、接收器、时钟和数据处理器等部件组成。
首先，激光发射器向目标物体发射一束激光束，然后接收器接收到被目标物体反射回来的激光脉冲。
接收器会记录下激光脉冲的发射时间和接收时间，然后将这两个时间差转化为距离值。
最后，数据处理器会对接收到的距离数值进行处理和分析，得出最终的测距结果。
激光测距技术具有测量精度高、测距范围广、测量速度快等优点。
它可以在不同环境下进行测距，无论是室内还是户外、平坦地面还是复杂地形，都能够获得精确的测距结果。
而且，激光测距仪可以实现对多个目标物体的同时测距，大大提高了测量效率。
除此之外，激光测距技术还可以应用于三维测绘、地图制作、航空航天等领域。
在建筑工程中，激光测距技术可以用于测量建筑物的高度、距离等参数，为工程设计和施工提供精准的数据支持。
在地质勘测中，激光测距技术可以用于测量地形的高程、地貌的特征等，为地质勘探提供重要的信息。
总的来说，激光测距技术以其精准、快速、全面的测量能力，成为现代测距领域中的重要技术手段。
随着科技的不断发展，相信激光测距技术在未来会有更加广阔的应用前景，为各个领域的测量工作带来更多的便利和效率。
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。
测距仪的原理及分类测距仪是一种用于测量目标与测距仪之间距离的设备。
它被广泛应用于军事、航空航天、建筑工程等领域，具有高精度、高可靠性和高效率的特点。
1.激光测距原理：激光测距是利用激光束在空间传播速度恒定的特性，通过测量激光束发射和接收的时间差来计算目标与测距仪之间的距离。
激光测距仪具有高精度和长测距范围的特点，广泛应用于地理测量、制图、建筑工程等领域。
2.超声波测距原理：超声波测距是利用超声波在空气中的传播速度约为340m/s的特性，通过测量超声波发射和接收的时间差来计算目标与测距仪之间的距离。
超声波测距仪广泛应用于工业、家用和机器人等领域。
3.电磁波测距原理：电磁波测距是利用电磁波在空间传播的特性，通过测量电磁波发射和接收的时间差来计算目标与测距仪之间的距离。
电磁波测距仪适用于不同频段的电磁波，常见的应用包括雷达、无线通信、航海导航等领域。
测距仪通常分为以下几类：1.激光测距仪：激光测距仪是利用激光测距原理进行测距的设备。
根据测距精度和测距范围的不同，可以分为短距离激光测距仪和远距离激光测距仪。
远距离激光测距仪通常应用于军事和航天领域，具有高精度和长测距范围的特点。
2.超声波测距仪：超声波测距仪是利用超声波测距原理进行测距的设备。
根据测距范围的不同，可以分为短距离超声波测距仪和远距离超声波测距仪。
短距离超声波测距仪通常应用于室内测量和机器人导航等领域，远距离超声波测距仪通常应用于工业和测绘等领域。
3.雷达测距仪：雷达测距仪是利用电磁波测距原理进行测距的设备。
根据测距范围和工作频段的不同，可以分为近距离雷达测距仪和远距离雷达测距仪。
远距离雷达测距仪通常应用于航空航天和海洋导航等领域，具有高精度和长测距范围的特点。
总的来说，测距仪的原理和分类多种多样，不同的测距仪适用于不同的环境和应用领域，具有各自的特点和优势。
随着科技的不断进步，测距仪的精度和测距范围不断提高，将为各个领域的应用提供更加可靠和高效的测量工具。
激光相位测距原理
激光相位测距是一种利用激光波束测量物体距离的技术。
其原理基于光的干涉现象，通过测量光波在物体表面反射后的相位变化来确定距离大小。
在激光相位测距系统中，激光器发射一束脉冲激光，该激光束照射到目标物体上并被反射回来。
接收器接收到反射光波后，光电二极管将光信号转换为电信号。
由于光波在往返过程中会受到干涉效应的影响，导致接收到的光信号具有不同的相位。
通过测量光信号的相位差，即可计算出光波的传播距离。
为了实现相位测量，激光相位测距系统通常采用两种方法：串行分析和并行分析。
串行分析方法中，激光脉冲经过光电二极管后，信号会被通过逐点扫描的方式进行采样。
然后，所有采样点的相位将被计算出来，并通过插值算法实现子波测量。
而在并行分析方法中，激光脉冲会经过一个多通道的光电二极管阵列，每个光电二极管将接收到的信号进行采样和处理。
通过对比不同通道之间的相位差异，可以实现更快速的相位测量。
总的来说，激光相位测距利用激光波束的干涉现象来测量物体的距离。
通过准确测量光信号的相位差，可以实现高精度的测距，并在许多领域中得到广泛应用。
激光测距原理超详细激光测距原理是基于激光器发射一束激光束，然后通过接收器接收激光束的反射信号来测量目标物体的距离。
激光测距的原理可以分为两个主要步骤：光的发射和光的接收。
首先，激光器向目标物体发射一束激光束。
激光器产生的激光束具有高度的单色性和方向性，以及狭窄的光束角度，可以准确地照射到目标物体上。
当激光束照射到目标物体上时，一部分光会被目标物体吸收，另一部分光会被目标物体表面反射回来。
被反射回来的光称为反射光。
接下来，接收器开始接收反射光。
接收器通常使用光电二极管进行接收。
光电二极管能够将光能转化为电信号。
当反射光照射到光电二极管上时，光能会激发光电二极管产生电流。
这个产生的电流强度与接收到的反射光的强度成正比。
通过测量接收到的反射光的强度，可以获得目标物体与测距设备之间的距离。
这是因为反射光的强度会随着距离的增加而减弱。
为了精确测量距离，需要在激光发射和接收之间进行时间测量。
在激光器发射激光束后，通过记录接收到反射光的时间差来计算出距离。
由于光速恒定，可以使用以下公式计算距离：距离 = （光速 * 时间差）/ 2其中，光速代表光在真空中的传播速度，时间差是激光发射和接收之间的时间差。
需要注意的是，由于光速非常快，测量距离时需要非常精确的时间测量。
因此，激光测距设备通常使用高精度的计时器或锁相放大器来测量时间差。
总结起来，激光测距的原理是利用激光器发射激光束，通过接收器接收反射光，并测量发射和接收之间的时间差来计算距离。
这种测距方式精度高、响应速度快，被广泛应用于工业测量、建筑测量和导航等领域。
脉冲激光测距系统设计
激光测距是指利用射向目标的激光脉冲测量目标距离的一种距离测量仪。
脉冲激光测距法由于激光的发散角小，激光脉冲持续时间极短，瞬时功率极大（可达兆瓦以上），因而可使激光测距系统具有方向性好，测距精度高，测程远，抗干扰能力强，隐蔽性好等优点，在军事领域得到广泛的应用。
目前，激光测距系统种类繁多，大体分为脉冲测距法，相位测距法和干涉测距法三类。
脉冲激光测距法相比相位激光测距法有以下几项优点：
第一，在相同的总平均光功率输出条件下，脉冲光波型激光测距仪可测量的距离远必连续光波型激光测距仪要长。
第二，测距速度较快。
第三，不需要合作目标，隐蔽性和安全性好。
考虑以上特点和实际系统设计要满足体积小，功耗低，高重频，测距速度快等特点，本实验中我们选择脉冲激光测距法作为整体系统的测距方式。
一设计任务
通过对典型光电子信息系统—激光测距系统的设计和实现，了解常见光电子信息系统的组成，掌握典型光电子信息系统的一般设计方法，利用提供的硬件模块搭建室内模拟激光测距系统，编写单片机程序计算测距距离并显示，实现室内激光模拟测距。
二工作原理
脉冲激光测距系统的原理与微波脉冲雷达测距原理相似，在测距
点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲，光脉冲发射到目标后一小部分激光反射到测距点被光功能接收器接收。
设目标距离为R，激光脉冲往返经过的时间为t，光在空气中传播的速度为c，则测距公式如下：R=ct/2。
实际脉冲激光测距机是利用时钟晶体振荡器和脉冲技术起来测定时间间隔t的。
时钟即晶体振荡器用于产生固定频率的电脉冲振荡（T=1/f），脉冲计数器的作用是对晶振产生的电脉冲个数进行计数。
如在测距机和目标之间光往返的时间t内脉冲个数为N，能带测距离R==。
相对测距精度为。
如图:
三系统组成及总体方案论证
脉冲激光测距系统由三部分组成：激光发射部分，激光接收部分和信号处理部分。
首先由半导体激光器发射一个激光脉冲，该激光脉冲经过发射光学系统准直后射向目标（本实验中激光通过一段光纤传播），同时在主波取样透取出主波的一小部分作为参考脉冲送入接收
系统，经过光电探测器转换为电脉冲后，再经放大器放大后开启门电路，这时计数器开始计数。
经过一段时间后，被目标发射回来的回波脉冲信号（本实验中是经过光纤传播后的信号）通过接收光学系统的汇聚之后，射到探测器上，经过光电转换和放大后变成电信号进入门电路，使门电路关闭，计数器停止计数。
这样，从开门到关门计数器进入N个脉冲，则可测得这段光纤的长度R=Nc/2f。
原理框图如下：
原理图如下：
四各分系统工作原理及实现方案1 激光源的选取
由上两个表可以看出，脉冲激光测距系统由于应用的不同，其性能参数差别较大。
用于坦克，火炮和远程激光测距机等低端军用脉冲激光测距系统测程远，测距精度不高，波长逐渐向人眼安全方向转化；装备于弹上的脉冲激光测距系统和小型激光测距雷达测距精度要比普通军用测距系统高的多。
综合考虑后选定的脉冲激光参数：
波长：1064nm
脉冲形状：钟形
脉冲宽度：5~20ns
重复频率：1KHZ~25KHZ
输出孔径：8mm
束散角：0.4~1mrad
激光峰值功率：1W~20KW
接收灵敏度：级
2发射光学系统的设计
发射光学系统由准直系统，直角棱镜组和光纤耦合器组成。
1）准直系统：
由于光束输出孔径存在一定大小，且出射光束有一定发散角，这样耦合进入光纤耦合器之前，随着光束传输距离的增加，光斑尺寸将变大，所以需要进行准直。
准直系统结构图：
2）耦合器：
光束经过直角棱镜组后经耦合透镜进入单模光纤，束散角DA，光纤芯径a和耦合透镜焦距f关系：DA=a/f。
所以只有光束束散角满足上式，才能被耦合进入光纤。
耦合透镜原理图：
耦合透镜
a
单模光纤
f
3）整体结构
入射光束经过准直系统后，需在直角棱镜组中反射，再耦合进入光纤耦合器，其光路展开如图：
准直系统口径为D，耦合器耦合透镜有效孔径为d，准直系统与耦合器之间光束传播距离为l，光束在直角棱镜中传输距离为，束散角为，则经过直角棱镜后光斑直径d为：
3接收光学系统的设计
检测束散角及光束强度空间分布时，需要将激光光斑成像到红外CCD上，通过图像处理后计算出光斑半径，通过公式计算出束散角，在通过灰度值环带得出光束强度的空间分布信息。
当待检测束散角在一定范围内时，焦距越大，CCD采集的光斑所占像元越多，这样检测的光斑半径越准确。
会聚光学系统选用摄远型结构，可以缩
小光学系统结构尺寸。
会聚光学系统结构图：
4接收电路设计
1）光电探测器的选择
光电探测器是把光信号转换为便于测量的电信号，然后进行放大处理的电路，光电转换的原理是光电效应。
常见的光电探测器有：光电管，PMT(光电倍增管)，硅光电池，光电二极管，APD（雪崩光电二极管），PIN光电二极管等。
在激光测距系统中，由于需要精确测量激光脉冲的飞行时间，所以对光电检测传感器的响应时间有很高的要求。
另外，由于传感器接收的是反射回来的光信号，所以必须对微弱光信号敏感。
根据这两点要求，可供选择的光电传感器有PMT,PIN型光电二极管和雪崩光电二极管APD。
其中PMT尽管有很高的增益和较低的噪声，但体积比较大，抗外部磁场干扰差，动态响应范围较小而且需要多组电压，一般很少在脉冲激光测距系统中使用。
关于PIN和APD的比较
综合以上考虑，选择APD雪崩光电二极管。
2）接收电路原理图
如图所示，高压发生电路产生高压，作为APD的工作电压。
反馈回路时产生的高压稳定，不受电源电压，温度等因素的影响，同时使该高压在一定范围内可调。
通过APD驱动电路，把接收到的回波光脉冲信号转换为电压脉冲信号，输入到前置放大电路。
信号经过预处理，然后再经过一级放大和整形等操作，即可作为回波截止信号，送至测量单元，进行时间间隔的测量。
①APD驱动电路
如图，为高压发生电路产生的160V电压，作为APD的工作电压。
为限流电阻，保护APD,防止电流过大烧坏晶体管；C为滤波电容，靠近APD放置，滤除高压产生的杂波。
输出信号为，提供给后续电路。
②高压发生电路
在APD的驱动电路中，需要用到160V的高压偏置，因此在系统中，需要用到5V的电源电压升到160V的高压发生电路。
该电路中，由555振荡器组成的方波发生器，产生一定占空比的方波，控制开关
三极管的导通和截止。
由于该电路产生的电压会受到电源电压，温度等因素的影响，因此为了使其产生的高压稳定，并且使高压在一定范围内可调，在高压发生电路中加入一个反馈回路，如图：
③前置放大电路
测距时，由于测量距离的远近不同，导致APD驱动电路输出的电压信号变化的幅度很大。
为了得到一个幅值变化较小的信号，在前置放大电路中，选取具有自动增益控制（AGC）功能的放大器，如图。
④放大整形电路
前置放大电路输出的信号，幅度，信噪比还不足以满足测量单元的要求。
为了得到足够的放大倍数和更高的信噪比，后续的信号处理还需要进行放大和整形。
信号的放大处理采用同相比例运算电路，进行固定增益的。
信号整形处理采用比较器MAX913，正端为输入信号，负端接电源，通过电位器调节电压，作为比较电压，提取出干净的脉冲信号，以提高测量精度。
5信号处理系统的设计
在脉冲激光测距中，由于大气湍流，跟瞄抖动，目标姿态变化等会引入对待定目标的回波信号幅度小范围的快速涨落。
雪崩二极管产生的电流经过放大电路放大后最终送到电压比较器以产生计时点。
同时，必须采用相应的时间鉴别技术以减小这种由于幅度的随机抖动而引入的定时误差。
时间鉴别电路主要作用是对放大电路的输出信号进行实时监测，为系统产生起始信号和同步信号。
主要由高速比较器和其附属电路实现。
原理图如下：
输入的高斯脉冲信号分为两路：一路经延迟电路延迟加于高速比较器的同相输入端，另一路经衰减电路加于高速比较器的反相输入端，比较器的转态发生于两输入端之信号的相对大小改变的时刻，阈值比较器的作用是使幅度大于规定阈值的信号才能在输出端产生相应的输出信号，这样可防止噪声误触发，降低系统的虚警率。
关于延迟衰减电路的设计：
信号在经过一定的器件和传输线之后总有微小的时间延迟，高速模拟信号的延迟一般通过传输线来实现的。
设计考虑采用电容和电阻组成的RC延时电路来实现信号的延迟。
具体电路如下：。
