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激光雷达测绘技术的基本原理和使用方法近年来，随着科技的不断进步和应用需求的增加，激光雷达测绘技术逐渐成为测绘领域的重要工具。
它具备高精度、高效率和高准确性等优势，广泛应用于地理信息系统、交通规划、环境监测等领域。
本文将介绍激光雷达测绘技术的基本原理和使用方法，为读者带来全面的了解。
一、基本原理激光雷达测绘技术是利用激光束在目标表面反射后返回的时间差测量目标的位置和距离的一种技术。
它主要依靠光电探测器对激光脉冲的接收和时间测量来实现。
其基本原理可以分为以下几个步骤：1. 发射激光束：激光雷达通过激光器产生高能量、高频率的激光束，这束激光以非常高的速度向目标表面传播。
2. 接收反射信号：激光束照射到目标表面后，会被目标表面反射，并形成反射信号。
激光雷达通过接收器接收到这些反射信号。
3. 计量时间差：接收到反射信号后，激光雷达会记录下激光束从发射到接收的时间差。
通过这个时间差，可以计算出激光束与目标之间的距离。
4. 三维定位：通过连续发射和接收，激光雷达可以获取多个位置和距离的数据点，进而实现对目标的三维定位。
二、使用方法激光雷达测绘技术的使用方法主要包括设备准备、测量控制和数据处理三个步骤。
1. 设备准备：在使用激光雷达进行测绘之前，需要对设备进行准备工作。
首先要保证设备处于正常工作状态，包括激光器、接收器和控制系统等部分。
其次要根据具体的应用需求选择合适的设备型号和性能参数。
最后要根据实际情况选择合适的测量环境，确保没有干扰和误差。
2. 测量控制：在实际测绘过程中，需要进行测量控制来实现对目标的测量和定位。
首先要选择合适的扫描模式和扫描范围，确保测量的完整性和准确性。
然后要进行定位标定，确定基准点和坐标系，以便后续的数据处理和分析。
最后要根据实际情况对测量参数进行调整，以满足不同场景的测绘需求。
3. 数据处理：激光雷达测绘所得的原始数据通常是一组点云数据。
在进行数据处理时，需要对这些点云数据进行滤波和配准，以去除噪声和误差，并提高数据的一致性和准确性。
激光雷达技术与其应用综述一、激光雷达的概念激光雷达（LIDAR-Light Detected And Ranging ）是一套复杂的光机系统，它结合了光源、光电探测等技术，有时还包括计算机图象处理技术，能够同时获得方位、俯仰角度、距离、强度等信息，特别适合用于森林结构的估计、城市建设、工业、农业、航空航天等领域[1]。
一个典型的激光雷达结构示意图，如图1所示。
激光雷达是一种主动式遥感探测设备，从工作原理来说，它只是把传统微波雷达的光源变成了激光：向被测目标发射激光信号,然后接收反射回来的信号、并与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息。
激光雷达不同于机器视觉技术，使用的是更为精确的激光光源和光电传感器，而机器视觉多是使用普通相机摄像头探测和CCD 或CMOS 作为图像传感器。
激光雷达可以实现较大测量范围内的3D 立体探测，但易受环境天气因素影响；使用微波（毫米波）雷达的机器视觉探测技术，立体测量范围有限、精度不高，但抗干扰性强、测量距离远。
图 1 典型激光雷达系统结构二、激光雷达的关键技术2. 1 光源技术激光雷达系统中使用的光源，目前主要是CO 2激光器，半导体激光器(LD)和以Nd ：YAG 为主的固体激光器。
较远测程(数百米以上)的二极管激光成像雷达对其辐射源的要求, 一是具有足够高的输出功率, 二是具有足够窄的发射波束。
目前商品化的二极管激光器虽可分别达到10W 的平均功率和衍射极限的波束质量, 但同一器件却难以同时满足这两项要求。
一种可能的途径是采用面发射分布反馈(SEDFB)的二极管激光器阵列和微光学(MOC)准直技术。
一个40 阵列, 采用微透镜组1.3cm ×10cm 孔径, 得到0.5 ～ 0.75mrad 发散度的10W 连续输出功率。
当然, 为了实现这样的准直效果, 必须对微光学系统进行精心设计加工, 使其达到1μm 的绝对准直精度, 采用激光辅助化学腐蚀工艺制造微光学系统, 可以满足这一要求。
《低空成像激光雷达系统的设计与实现》一、引言随着科技的不断进步，低空成像激光雷达系统在众多领域中发挥着越来越重要的作用。
该系统以其高精度、高分辨率的成像特点，广泛应用于地形测绘、环境保护、交通监控等多个领域。
本文将详细介绍低空成像激光雷达系统的设计与实现过程，包括系统架构、关键技术、实验结果以及未来展望。
二、系统架构设计低空成像激光雷达系统主要由激光发射器、接收器、扫描装置、数据处理单元等部分组成。
设计过程中需充分考虑系统的稳定性、可靠性以及成像精度。
1. 激光发射器设计激光发射器是系统的核心部件之一，负责发射激光脉冲。
设计时需考虑激光的波长、功率、发散角等因素，以保证激光脉冲能够覆盖目标区域并具有足够的信噪比。
2. 接收器设计接收器负责接收反射回来的激光信号，并将其转换为电信号供后续处理。
设计时需考虑接收器的灵敏度、噪声性能以及动态范围等因素。
3. 扫描装置设计扫描装置用于控制激光雷达的扫描速度和扫描角度，以保证系统能够快速准确地获取目标区域的二维或三维信息。
常用的扫描装置有旋转棱镜、摆动镜等。
4. 数据处理单元设计数据处理单元负责对接收到的数据进行处理，包括数据去噪、图像配准、三维重建等。
设计时需考虑处理速度、精度以及算法的复杂度等因素。
三、关键技术实现1. 激光脉冲发射与接收技术激光脉冲发射与接收技术是实现低空成像激光雷达系统的关键技术之一。
通过精确控制激光发射器的发射时机和接收器的接收窗口，确保激光脉冲能够准确覆盖目标区域并被有效接收。
2. 扫描控制技术扫描控制技术用于控制扫描装置的扫描速度和扫描角度。
通过高精度的扫描控制，保证系统能够快速准确地获取目标区域的二维或三维信息。
3. 数据处理算法数据处理算法是实现低空成像激光雷达系统的重要环节。
常用的数据处理算法包括数据去噪、图像配准、三维重建等。
这些算法需具有高精度、高效率的特点，以满足实际应用需求。
四、实验结果与分析为了验证低空成像激光雷达系统的性能，我们进行了多组实验。
激光雷达测绘技术的原理与实施方法激光雷达是一种常用的测绘技术，其原理和实施方法对于地理信息系统、地图制作、工程测量等领域都具有重要的意义。
本文将从激光雷达的原理、测绘技术的实施方法和应用领域等方面进行探讨。
一、激光雷达的原理激光雷达的原理可简单概述为通过发射脉冲激光束，利用光束的回波来测量目标物体距离的一种技术。
其具体原理如下：首先，激光雷达器件通过电子元器件产生短暂的激光脉冲，然后将脉冲激光束发射到目标物体上。
其次，脉冲激光束在与目标物体接触后，会发生反射、折射和散射等现象。
其中，光束的一部分会被目标物体反射回来，回到激光雷达器件。
最后，激光雷达器件通过接收器接收到反射回来的光束，并记录下光束往返的时间。
根据光的速度和时间，可以计算出光束在大气中传播的距离，从而得到目标物体与激光雷达之间的距离。
二、激光雷达测绘技术的实施方法激光雷达测绘技术的实施方法主要包括以下几个步骤：1. 设计测量任务：在开始实施激光雷达测绘之前，需要明确测量的目标和区域，并制定相应的测量任务。
例如，确定需要测绘的地理区域、精度要求等。
2. 选取合适的激光雷达设备：根据测量任务的要求和预算情况，选择适合的激光雷达设备。
不同的设备在功率、波长、重量、体积等方面有所区别，需要根据实际需求进行选择。
3. 实地测量：将选取的激光雷达设备安装在测量平台上，如飞机、船只或移动车辆上，然后进行实地测量。
在测量过程中，设备会发射激光束并接收回波信息，将其转换成数据。
4. 数据处理和分析：将测量得到的原始数据进行处理和分析。
通常，需要进行点云配准、滤波、分类和特征提取等工作，以获取更加准确和完整的测绘结果。
5. 生成测绘产品：根据测量任务的要求，将经过处理和分析的数据生成测绘产品。
例如，地形图、三维模型、数字高程模型等。
三、激光雷达测绘技术的应用领域激光雷达测绘技术在各个领域都有着广泛的应用。
以下是其中几个应用领域的简要介绍：1. 地理信息系统：激光雷达测绘技术可以为地理信息系统提供高精度的地形数据，用于地图制作、地质勘查、城市规划等方面。
分析激光雷达的三维成像方法激光雷达是一种能够利用激光束进行高精度测量和三维成像的仪器，已经在许多领域得到了广泛的应用。
在这篇文章中，我们将介绍激光雷达的三维成像方法，并分析其原理和优缺点。
激光雷达的三维成像方法主要可以分为两类：主动式成像和被动式成像。
主动式成像是指激光雷达主动地向目标物体发射激光束，然后测量其返回的激光信号来获取目标物体的三维信息。
被动式成像则是通过接收来自外部光源（如太阳光）的光线，通过分析光线经过目标物体后的散射模式来获得目标物体的三维形状。
主动式成像方法中最常用的是时间差法和相位差法。
时间差法是利用激光束往返的时间与光速的关系来测量目标物体与激光雷达之间的距离。
具体来说，激光雷达发射一束短脉冲的激光，计算激光从发射到返回所经过的时间，再乘以光速即可得到目标物体与激光雷达之间的距离。
相位差法则是利用激光返回时的相位差来计算距离。
这种方法在测量精度方面更高，但要求激光雷达具备高频率的激光发射器。
被动式成像方法中最常用的是结构光法和多视角法。
结构光法利用一个具有特定模式的光源（如激光投影仪）投射光线到目标物体上，通过观察光线经过目标物体后的散射模式来推导目标物体的三维形状。
多视角法则是通过同时从不同位置观察目标物体，从而获得多个角度的图像，然后结合这些图像来重构目标物体的三维形状。
这种方法常用于立体视觉中，可以实现较高的测量精度。
不同的三维成像方法各有优缺点。
主动式成像方法在测量距离方面具有较高的精度，并且可以在任何光照条件下工作。
然而，它需要激光雷达具备高速激光发射和接收的能力，且对目标物体的反射和散射能力有一定要求。
被动式成像方法则无需激光发射器，可以利用周围光源进行测量，且在测量速度和实时性方面较好。
但是它对环境光照条件有一定的要求，并且由于光线的散射和衍射效应，可能导致一定的测量误差。
总体而言，激光雷达的三维成像方法在测量和建模方面具有很高的精度和准确性，已经在许多领域得到了广泛的应用。
激光雷达的使用方法及测量精度提高措施激光雷达是一种通过激光束进行测距和探测的高精度设备，广泛应用于地理测绘、自动驾驶、机器人导航等领域。
本文将探讨激光雷达的使用方法，并提出一些提高其测量精度的措施。
一、激光雷达的使用方法激光雷达的使用方法可分为扫描式和固态两种。
扫描式激光雷达通过旋转或扫描镜片来实现激光束的扫描，能够获得全方位的点云数据。
固态激光雷达则通过固定的光学元件来实现激光束的发射和接收，其工作原理更加简洁高效。
在实际使用中，激光雷达需要放置在一个相对稳定的位置，并调整其角度以获得所需的扫描范围。
同时，还需根据实际需要设置激光雷达的参数，如扫描角度、扫描速度、功率等。
此外，还需要考虑周围环境的影响，如光照强度、反射表面的材质等因素。
二、提高激光雷达测量精度的措施为了提高激光雷达的测量精度，可以从以下几个方面入手：1. 优化激光雷达的参数设置激光雷达的参数设置对测量精度具有重要影响。
首先，需要选择合适的扫描角度和扫描速度，以平衡数据采集的全面性和时间效率。
此外，功率的设定也需要根据实际场景进行调整，避免过强或过弱的激光束对数据质量的影响。
2. 考虑多传感器融合技术激光雷达可以与其他传感器，如相机、惯性测量单元等进行融合，以获取更为细致和准确的数据。
多传感器融合技术能够弥补激光雷达在遮挡物识别和远距离探测方面的不足，提高数据的完整性和准确性。
3. 加强数据处理与滤波算法激光雷达采集到的原始点云数据常常包含噪声和无效点，需要进行数据处理和滤波。
常用的滤波算法包括高斯滤波、采样一致滤波（SOR）、法向量滤波等。
通过合适的滤波算法对数据进行处理，可以减少噪声干扰，提高测量精度。
4. 定期进行校准与维护激光雷达的测量精度也与其自身的校准状况密切相关。
因此，定期进行校准与维护是提高激光雷达测量精度的重要手段。
校准的内容包括内参校准、外参校准等，以保证激光雷达的工作状态稳定和准确。
综上所述，激光雷达具有广泛的应用前景，但在使用过程中需要注意参数设置和环境因素的影响。
使用激光雷达进行目标检测和立体重建的原理与方法激光雷达是一种通过激光束测量物体距离并获取其三维信息的设备。
它广泛应用于自动驾驶、机器人导航、三维建模等领域。
本文将详细介绍激光雷达的原理和方法，以及在目标检测和立体重建中的应用。
一、激光雷达的工作原理激光雷达主要由激光发射器、接收器、旋转马达和控制电路组成。
工作时，激光发射器会向周围发射一束激光束，激光束在空气中传播，并与物体相交后被反射回来。
接收器会接收到反射回来的激光，并记录下激光从发射到接收的时间。
通过计算时间差和光速，可以得到激光离激光雷达的距离。
二、目标检测使用激光雷达进行目标检测的方法很多，其中一种常用的方法是基于点云数据的分割和分类。
点云是由激光扫描获取的一系列点的集合，每个点的坐标代表一个物体在三维空间中的位置。
目标分割是指将点云数据中的不同物体进行分离。
在分割时，可以使用一些算法，如基于聚类的方法。
该方法通过计算点与点之间的距离，将距离较近的点划分为一个簇，不断迭代，直到所有点都被分离为不同的簇。
目标分类是指将已分割出的物体进行识别和分类。
对于分类的方法，可以使用机器学习算法，如支持向量机（SVM）或深度学习模型。
这些模型可以通过训练，学习到不同物体的特征，从而实现对物体的自动分类。
三、立体重建使用激光雷达进行立体重建可以获取场景的三维结构信息，这对于自动驾驶、场景模拟等应用非常重要。
立体重建的方法通常需要至少两个激光雷达进行合作。
两个激光雷达同时进行扫描，通过计算两个激光雷达分别测得的点云之间的转换关系，可以建立起两个点云之间的对应关系。
进一步，可以通过三角化等方法，将不同的点云数据融合为一个三维模型。
立体重建的过程中还需要解决点云数据之间的噪声和误差问题。
为了提高重建的准确性，可以使用一些滤波算法，如高斯滤波或统计滤波，来去除一些异常值或噪声点。
四、激光雷达的应用激光雷达广泛应用于自动驾驶领域。
在自动驾驶车辆中，激光雷达可以获取周围环境的三维信息，并通过目标检测和立体重建方法，实现对行人、交通标志、车辆等物体的识别和跟踪。
激光雷达测量技术的操作方法和数据处理流程随着科技的不断进步，激光雷达测量技术在各个领域得到了广泛应用。
它具有高精度、高分辨率和高速扫描等优点，被广泛用于地理测绘、无人驾驶、机器人导航等领域。
本文将介绍激光雷达测量技术的操作方法和数据处理流程。
一、激光雷达测量技术的操作方法激光雷达是利用激光束进行距离测量的一种设备。
当激光束发射出去后，它会以光的速度传播，并在遇到物体表面时发生反射。
通过测量激光束从发射到接收的时间，可以计算出距离。
激光雷达测量技术的操作方法主要包括设置测量参数、安装设备和进行精确测量。
在设置测量参数时，需要确定激光雷达的工作模式、角度范围和扫描速度等。
这些参数根据具体的应用需求进行选择，并通过仪器上的控制界面进行设置。
安装设备是测量的关键步骤。
为了保证测量精度，激光雷达需要被安装在一个稳定的位置，并且需要固定好以防止移动。
同时，还需要调整激光雷达的角度，使其能够扫描到区域的所有目标。
进行精确测量时，需要根据具体的应用场景选择合适的扫描模式。
一般情况下，激光雷达会以一定的角度范围进行扫描，并记录下每个角度点的距离数据。
通过对这些数据的处理和分析，可以获取目标物体的形状、位置和尺寸等信息。
二、激光雷达测量数据的处理流程激光雷达测量得到的数据一般为点云数据，即由大量的三维坐标点构成的数据集合。
为了对这些数据进行有效的分析和应用，需要进行数据处理和处理流程设计。
首先，在数据处理前需要对原始数据进行预处理。
这一步骤主要包括数据去噪和数据配准等操作。
数据去噪是为了消除由于测量环境噪声和系统误差引起的异常点。
数据配准是将多次测量的点云数据进行对齐，使其在同一坐标系下进行比较和分析。
接下来，需要进行特征提取和分析。
特征提取是从点云数据中提取有用的特征信息，例如物体的边缘、表面轮廓等。
通过对这些特征的分析，可以得到物体的形状和结构等信息。
然后，进行目标提取和识别。
目标提取是从点云数据中提取出具有特定形状的目标物体。
激光雷达电机控制方法
激光雷达电机控制方法通常涉及到激光雷达的发射模块、接收模块、距离传感器以及控制模块等多个部分。
以下是控制方法的基本步骤：
1.发射激光脉冲：激光雷达的发射模块会发射激光脉冲，这些脉冲会照射到目标物体
上并反射回来。
2.接收反射光：接收模块会接收到这些反射回来的光，并将其转化为电信号进行处理。
3.处理信号：处理模块会对接收到的信号进行处理，包括滤波、放大、数字化等操作，
以便提取出有用的信息，如目标物体的距离、速度等。
4.控制电机：控制模块会根据处理后的信号来控制激光雷达的电机，以便调整激光雷
达的扫描角度、扫描速度等参数，从而实现对目标物体的跟踪和探测。
在具体实现中，激光雷达电机控制方法可能会涉及到一些先进的控制算法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等，以便更好地实现对激光雷达电机的精确控
制。
此外，还需要考虑到激光雷达的工作环境、目标物体的特性等因素，以便对控制方法进行优化和改进。
请注意，以上信息可能并不完全适用于所有类型的激光雷达和电机控制方法，因为具体的实现方式可能会因激光雷达的型号、应用场景等因素而有所不同。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况来选择和调整控制方法。
激光雷达成像原理激光雷达（LIDAR）是近年来新兴的测量技术，它可以准确、快速地测量空间物体的形状和位置。
它借助于激光散射原理发射激光，并利用激射激光脉冲反射后发出的脉冲信号来测量它们距离探测器的距离，从而可以构建一维或三维物体的成像模型。
激光雷达的工作原理是，激光雷达发射一束脉冲激光，当激光照射到它们探测的物体之上时，物体会反射出一些脉冲，这些被反射的脉冲激光会被激光雷达传感器接收到，接收到反射激光脉冲之后，探测器就可以计算出物体与探测器之间的距离，并根据这些信息构建出一维或三维的成像模型。
激射光的脉冲有一个关键的参数，即信号强度，它可以衡量反射激光脉冲的强度，也可以衡量物体反射激光的强度，这一参数可以推算出物体的大小、形状和位置。
激光雷达的测量精度完全取决于激射激光的脉冲有效宽度、发射功率和脉冲数量等参数。
传统的激光雷达只能提供二维图像，而现在的激光雷达可以提供三维精确的图像，从而更有效地进行物体测量。
激光雷达技术被广泛应用于工业测量，机器视觉，机器人的实验等领域，已经成为一种必不可少的数字测量技术。
它可以提供高精度的数据，极大地提高了测量精度，从而有助于实现更准确，更快速地操作和检测。
与传统的测量方法相比，激光雷达利用激射激光来实现精密测量，因此具有更高的精度和更快的测量速度。
此外，由于激光雷达不受太空情况的限制，可以在有水或无水的环境中测量，它们可以比传统的测量技术提供更准确，更可靠的测量数据。
在本文中，我们介绍了激光雷达的成像原理，以及它的优点和应用。
激光雷达是当今最先进的测量技术，它可以施以准确、快速、可靠的测量，这种新兴的技术已经得到了广泛的应用。
未来，激光雷达将在更多领域得到广泛应用，并有助于实现更精确的测量。
邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新单片机开发与应用《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注成像激光雷达控制方法的实现ＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＩｍａｇｅＬｉｄａｒＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ（１．安徽光学精密机械研究所；２．陕西省气象局）白水成１，２侯再红１吴毅１ＢＡＩＳｈｕｉ－ｃｈｅｎｇＨＯＵＺａｉ－ｈｏｎｇＷＵＹｉ摘要：介绍了基于单片机的成像激光雷达控制系统的工作原理，并着重讨论了系统硬件和软件的实现方法。
系统采用ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机为核心，配置以可编程延时器、脉宽发生器以及控制电路，从而实现了成像激光雷达对不同高度回波信号的探测能力。
关键字：单片机；激光雷达；测量系统中图分类号：ＴＰ２７２文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆａｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｔｈｅｉｍａｇｅＬｉｄａｒａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｒｅａｌｉｚｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｅｓｏｆｂｏｔｈｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ．ＴｈｅＰＩＣ１６Ｆ８７７ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉ－ｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｋｅｒｎｅｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｐａｒｔｓａｒｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｄｅｌａｙｅｒ，ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｅｔｃ．ｗｈｉｃｈｅｎａｂｌｅｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｅｃｈｏｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌａｙｅｒｏｆｔｈｅｉｍａｇｅＬｉｄａｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；Ｌｉｄａｒ；Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ文章编号：１００８－０５７０（２００８）０６－２－００９７－０３激光雷达是测量大气参数的重要手段，为了得到不同高度的大气信息，需要对不同距离的激光回波信号进行探测，传统激光雷达是基于光电倍增管或光子计数器作为探测器的，因此控制系统只要对出光时间进行检测，再延时适当时间（不要求特别精确），打开倍增管或光子计数器，即可得到所需信息。
但这种雷达所能得到的信息不能完全满足需要，所以近年来又发展了成像激光雷达来获得更多的大气信息。
但成像激光雷达比较复杂，需要对系统的各部分进行协调。
因为光速极高，很小的时间误差就会带来很大的测量误差，所以就要求控制精度达到纳秒量级。
近年来，单片机在我国的许多领域得到了广泛的应用，其优良的性价比适合于成像激光雷达控制系统的要求。
因此利用单片机对激光雷达进行控制是实现激光雷达高度自动化、并最终实现无人职守的有效手段。
１成像激光雷达原理与控制方案设计１．１成像激光雷达原理与传统的能量探测激光雷达不同，成像激光雷达有其自身的特点。
图１是湍流廓线激光雷达测量原理图，它是基于瑞利信标原理，即由发射系统发射一聚焦激光束，利用焦点处的后向散射信号作为一个瑞利信标，作为接收系统的信标。
图１测量原理图图中Ｚ为探测高度，它与探测器曝光开启时刻相对于激光发射时刻的延时Ｔｄ的关系为Ｚ＝ＴｄＣ／２（１）其中Ｃ为光速。
Ｔｄ为探测光柱长度，它与探测器曝光闸门开启时间宽度Ｔｐ的关系为ΔＺ＝ＴｐＣ／２（２）１．２控制方案设计根据系统原理的描述，我们可以得到控制系统的时序关系，如图２所示。
图２控制系统时序从图２可以看出，当探测器ＣＣＤ采集完信号后，一方面它要将视频信号输送到计算机进行处理，同时还要分离出场同步信号来触发激光器，用来保证激光器与探测器ＣＣＤ同步。
当激光器发射出脉冲的同时，要检测出出光时刻，输出出光信号，用来触发延时器和可编程脉宽发生器，延时时间与探测高度有严格的对应关系，脉宽宽度决定了探测光柱的长度，这些分别有（１）、（２）式决定。
本系统设计以单片机为核心，通过它来检测ＣＣＤ的同步信号以及激光器的出光信号，并控制激光器的出光以及延时器、脉宽发生器等。
系统功能框图如图３。
２系统硬件设计本系统采用ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机作为控制核心，控制系统主白水成：硕士基金项目：国家高技术８６３计划激光技术资助课题（编号不公开）９７－－技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与ＳＯＣ）２００８年第２４卷第６－２期３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》单片机开发与应用要包括单片机、数据锁存器、延时器、脉宽发生器等部件。
系统硬件设计如图４图３系统功能框图ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机具有在线编程能力，可以根据需要随时修改内部程序，优化性能或扩充功能。
单片机通过计算机并口与主控计算机通讯。
为了保证通讯的可靠性，通讯采用双向通讯，当主控计算机在发送数据前，首先检测控制器有无准备好接收数据，当数据发送完毕后，控制器返回应答信号，并立即进行数据处理，数据处理完后，再向主控计算机发送信号，通知主控计算机已准备好接收下一组数据。
为了节约单片机的资源，只使用单片机的ＰＯＲＴＢ口，８路信号中，１路做应答信号，其余７路作为数据传送信号使用。
指令说明如表１。
图４系统硬件设计图从ＣＣＤ的视频信号分离出场同步信号，经单稳态整形后，作为激光器的触发信号，这样做的目的是保证回光信号在时间轴上处于ＣＣＤ的曝光期（而不是同步期和消隐期）。
激光器触发出光后，其出光时刻被一个由硅ＰＩＮ光电二极管组成的检测器检测到，出光信号经放大整形后，形成触发脉冲，去触发延时器。
该环节对响应时间有严格要求，高速ＰＩＮ二极管响应时间一般在１ｎＳ左右，放大器的延时一般可以控制在５ｎＳ以内。
延时器由双稳态触发器（ＲＳ触发器）和计数器组成，双稳态触发器受到触发后，发生翻转，计数器允许端被置位，开始计数，开始延时，延时时间由计数器预置数决定，计数器预置数由单片机控制，延时结束后，计数器最后一级发出一个脉冲到双稳态触发器复位端，双稳态触发器翻转复位，延时结束，同时，该脉冲下沿去触发脉宽发生器。
因为延时时间决定探测距离，延时时间有精度要求，一般精度要求在１０ｎＳ（对应长度为１．５ｍ）以内。
脉宽发生器和延时器的结构基本相同，不同的只是输出脉冲由双稳态触发器输出，而不是由计数器输出。
脉宽发生器受到触发后，产生一个脉宽受控的单脉冲，脉冲宽度即为像增强器的曝光时间，该参数决定了探测光柱的长度，一般精度要求在５ｎＳ（对应长度为０．７５ｍ）以内。
除完成上述功能外，控制器还具有接收和发射望远镜的同步调节、像增强器的增益调节等功能，并具有一定的扩展能力，今后可以根据需要增加目标跟踪等功能。
本系统可以胜任任何采用带有开门时间控制的图象传感器的激光雷达的控制，控制精度较高，具有实用价值。
表１地址分配表３系统软件设计本系统软件采用结构化和模块化设计方法，便于功能扩展，程序采用汇编语言编程。
程序模块主要包括计算机与单片机的数据交换程序和控制程序。
系统程序流程图见图５图５系统软件基本结构图数据交换模块：由于单片机和计算机的工作时序不一样，会出现数据淹没或数据等待等情况。
为协调双方的工作时序和保证数据传送的正确性，系统采用查询传输方式。
每次传输数据前，要线查询外部设备的状态，符合条件之后方可进行数据的Ｉ／Ｏ操作。
程序首先查询并口的状态端口１３７９Ｈ，如果闲说明单片机处于等待接收数据状态，如果忙说明单片机正在处理数据，则等待，并继续查询状态端口。
依照上面的时序，计算机分别向单片机输入以下控制参数：像增强器增益、曝光闸门的宽度、延时、发射和接收望远镜中调整焦距的步进电机转动圈数等。
控制模块：主要包括（１）控制ＣＣＤ同步信号的采集并触发激光器；（２）采集激光器的出光信号并根据输入的控制参数调整计数式延时器和计数式脉宽发生器的工作状态；（３）控制ＣＣＤ的采集状态等。
９８－－邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新单片机开发与应用《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注在系统工作过程中，难免要受到各种干扰，为此分别在硬件和软件方面采取了抗干扰措施。
硬件方面：主要采取隔离和屏蔽措施。
１，在控制系统与外部设备进行信号交换、控制器与强干扰设备的通讯等方面全部采用了光耦隔离；２对干扰源和易受干扰的部件均采取屏蔽措施，信号连线均采用屏蔽电缆连接，弱信号线与强电电缆至少分开１米以上。
软件方面：１，控制系统设置软件看门狗，当系统进入非正常状态１００ｎｓ时，发出报警并使系统复位；２，控制系统和主控计算机采用双向通讯，主控计算机每隔一段时间（如１００ｎｓ）向控制系统发送一个测试指令，如果主控计算机没有按时发送指令或控制系统没有应答，系统将报警并复位。
４结语本文介绍了基于单片机的成像激光雷达的控制方法，通过对ＣＣＤ、激光器、接收和发射望眼镜焦距的有效调节实现了对目标区域回波信号的准确接收。
试验证明，所设计的控制软件工作可靠，已应用于湍流廓线激光雷达的测量系统，并取得了良好的控制效果，同时本控制系统还具有一定的扩展能力，具有广阔的应用前景和实用价值。
本文作者创新点：针对成像激光雷达对延时和脉宽的严格要求，设计了本控制系统，实现了对系统的自动控制，目前该系统已经应用于实际测量工作中，运行良好。
基于单片机的成像激光雷达控制方法可以胜任多数采用带有开门时间控制的成像激光雷达的控制，控制精度较高，具有实用价值。
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［３］李艳晴，刘向东，董宁等．基于ＧＰＲＳ／ＧＰＳ的车辆监控系统的设计［Ｊ］微计算机信息．２００４．２０，４：３８－４０［４］瞿丹晨，曹柏荣，基于单片机的无线水位测量控制系统［Ｊ］微计算机信息．２００６．２２，８：１２５－１２６作者简介：白水成（１９８０－），男，汉，河南渑池，硕士，主要研究方向：大气探测、激光大气传输理论；侯再红（１９６８－），男，副研究员，主要研究方向：大气探测；吴毅（１９６０－），男，研究员，主要研究方向：大气探测、激光大气传输理论。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＢＡＩＳｈｕｉ－ｃｈｅｎｇ（１９８０－），Ｍａｌｅ，ｔｈｅＨａｎｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ，ＭｉａｎＣｈｉＨｅＮａｎｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｍａｓｔｅｒ，Ｍａｊｏｒｉｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｄｅｔｅｃ－ｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｌａｓｅｒａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ；（２３００３１中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室）白水成侯再红吴毅（７１００１５陕西省气象局）白水成（ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＯｐｔｉｃｓ，ＡｎｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ）ＢＡＩＳｈｕｉ－ｃｈｅｎｇＨＯＵＺａｉ－ｈｏｎｇＷＵＹｉ（ＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕ，Ｘｉ’ａｎＳｈａｎｘｉ７１００１５，Ｃｈｉｎａ）ＢＡＩＳｈｕｉ－ｃｈｅｎｇ通讯地址：（２３００３１安徽合肥中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心１１２５信箱）白水成（收稿日期：０８．０４．０５）（修稿日期：０８．０５．２２）（上接第１４１页）＇图３程序流程图图４系统各任务间的通信关系本文作者创新点：本文在以往用于测量叶片散射光分布的实验装置基础上，设计了一种基于ＡＲＭ和μＣ／ＯＳ－Ⅱ的叶片散射光分布测量系统，摆脱了上位机的操作限制。
