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激光测距仪实时定位方法研究

来源:拿度科技 浏览量: 时间:2023-02-28 10:21

  

激光测距仪实时定位方法研究
作者:陈钰





       激光测距仪作为融合了现代信息、光电、集成电路以及激光 等各类高科技的新技术,在国家民用以及军用遥感测量、工程项目建设、以及监测与智能控制等方面,对于实现精密测量技术具 有重要的作用。 激光测距仪相比于其他成熟技术的优点在于具 有较好的角分辨率、较好的实时定位功能以及较强的抗干扰性, 而且激光测距仪设备安装使用方法简便, 已经成为现阶段高精度测距的主流技术。随着光电技术以及信息技术的不断发展,对于激光测距仪的使用性能也提出了更高的要求,因此研究激光测距仪的实时定位方法, 可以有效提高激光测距仪的适用范围以及精度要求,促进激光测距技术的进一步完善。
1、激光测距仪实时定位技术概述
激光测距仪实时定位技术,顾名思义是指在利用激光测距仪进行精确测量过程中,借助于无线通信以及数据传输技术,实现目标的高精度实时同步或者接近于实时的定位技术。激光测距仪工作的原理在于,利用激光测距仪对需要测量的目标发射射频激光束, 激光在目标位置发射后精由激光测距仪的光电元件接受,通过计算激光束发射以及接收过程的时间,确定目标位置与观测位置之间的距离。
激光测距仪的优点主要有以下儿方面:
(1)定位测量精度高。 激光测距仪在测量工作过程中,由于自动化程度较高,因此不会出现由于操作人员造成的误差,误差主要是由于仪器本身精度造成的。根据相关对比测量结果表明, 用于地形测量的激光测距仪误差可以控制在5米左右。
(2)激光测距仪简单便携。激光测距仪主要有手持式以及望
远镜式两种,气体及结构效,简单易携带,十分有利与野外作业。
(3)测量精度高。激光测距仪在公里级别的测量精度可以控
制在一米以内,而对于微位移的测屈则甚至可以实现纳米级。
(4)受外界条件影响较小。激光测距仪的工作原理是通过激光进行定位测量技术,因而受外界条件干扰较小,有着较好的抗干扰性。
激光测距仪
2、脉冲式激光测距仪实时定位技术及方法
脉冲式激光测距仪属于较早付诸应用的激光测距技术,脉冲式激光测距仪的特点在于具有较小的脉冲发散角, 而且由于脉冲射频时间短,因而激光能鼠集中程度高,具有非常高的瞬间脉冲功率。 脉冲式激光测距仪的这些特点决定了其具有较大的测距量程, 主要用于地质地形图的测绘以及工程项目建设等方面。
(1)脉冲式激光测距仪实时定位原理。脉冲式激光测距仪主要有激光射频发射部分、光电接收元件、集成电路、数据计数器以及显示设备等及部分构成。同时,为了避免由于杂散光源对于测距工作的影响, 在光电接收部分均设置有滤光片以及小孔光阑,以便于降低信号输出的造成的背景噪声。 在测量过程中,首 先由脉冲激光测距仪的脉冲电路产生脉冲信号, 驱动激光发射器发射脉冲主波,通过反射后进入机关测距仪接收系统,经光电探测设备将其转换为电信号, 经过放大以及除噪处理后利用计数器对相应的参考时钟激光脉冲进行统计。 
(2)脉冲式激光测距仪实时定位重时刻判断方法。由于激光脉冲会不断的衰减以及畸变, 因此有可能出现发射激光与接收到的激光脉冲波形以及幅度相差较大,产漂移逸误差,因此进行时刻判断来消除漂移误差以及时间抖动造成的测量误差具有重要的作用。现阶段在实时定位测距过程中,时刻判断方法主要有利用固定阙值判断起止时间的前沿判别法, 以脉冲激光的中峰 值半高点作为起止判别的恒定比值判别法, 以及将脉冲信号的极值点作为起点时刻的高通容阻时刻判别法。
(3)激光时间间隔的测量。时间间隔的测量主要是用千测扯激光在发射以及接收之间的时间间隔, 试试先激光测距定位的 关键内容。 现阶段用于激光测距时间间隔判别的方法主要有数字法、数字插入法以及模拟法等儿种方法。数字法主要是通过在使用过程中通过同步参考时钟进行激光脉冲的计时,由于定位方法与距离没有直接关系,因而定位的结果线性较好。通过数字法进行定位测量的结果精度主要受参考时钟周期频率的影响。 数字插入法则是以数字法作为基础, 通过插入的方式来提高精度。模拟法进行激光测距定位是通过充放电容值固定的电容,借助电流高低以及时间的长短飞行时间进行测量。
3、相位式激光测距仪实时定位技术及方法
相位式激光测距仪进行定位测量的工作原理是对激光调制信号在往返传播过程中的相位变化进行测量, 并结合特殊的激光射频频率, 进而综合确定激光相位延迟过程并辅助计算实际距离。相位式激光测距仪现阶段主要用于近程实时定位,相位激光测距仪具有稳定性好、 测距定位精度高一级测量速度快的特点。
(1)相位式测距仪测尺选择。由于对于相位差的测量必须借
助相位鉴相器, 对于相位位数小千加的清况下可以直接测出, 但是当定位距离超过半波长时,由于会出现多值解的问题,为了延长测程,必须降低激光的调制频率,但是这样会造成测向误差的出现。为了在保证精度的前提下提高定位测程,必须采用几把测尺进行定位测量。
(2)相位式激光测距仪差频测相。由于相位式激光测距仪的激光调制频率高,因此测相一般通过差频测相的方式。差频测相 采用多个测尺频率, 并借助千控制系统做到各个侧吃的及时调换。激光经由激光测距仪调制发射后,通过光电接收元件输出电信号
(3)相位检测。对于激光测距仪而言,获得精准的定位结果最重要的工作就是激光主回波之间的相位差检测。现阶段应用较为广泛的鉴相器主要分为模拟鉴相器与数字鉴相器两种方式,由于数字鉴相器在激光测距相位检测方面有着较高的精度, 巳经成为数字鉴相的主流方式。数字鉴相方式主要包括三类:根据与门输出脉冲个数进行相位差计算的自动数字鉴相法;利用激光信号之间具有一定的相似程度, 利用互相关技术提取激光信号的互相关鉴相法;通过快速傅里叶变换方式进行激光主波回波信号相位差检测的FFT数字鉴相法。
4、脉冲相位式激光测距仪实时定位技术
脉冲相位式激光测距仪, 主要是指结合两种测距技术的优势,将脉冲激光通过加入相位式激光测距之中,进而改进相位激光测距方式的精度以及测程要求。其实时定位方法主要有以下两种方法:调制法是将正弦波作为载波进行综合信号调制,在测距仪接收到正弦波信号后进行相位鉴别;谐波法则是将脉冲信号通过不同层次的谐波表示, 并借助千光电探测设备上的与脉冲谐波相对应的光电电流来反映谐波分量, 借助于固定谐波的发射与信号探测之间的相位差别来定位目标的距离。






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