第一篇：雙目雙筒激光測距望遠鏡的分類介紹（寫寫幫推薦）

雙目雙筒激光測距望遠鏡的分類介紹

雙目激光測距望遠鏡，在產品結構上，與通常的單目測距望遠鏡，或單目激光測距儀，外觀和使用方法有所不同，它在望遠鏡的基礎上增加激光系統，使之成為在望無限遠中觀測有效測程距離。與單目測距望遠鏡相比，觀測視野更寬廣舒適，觀察的測量范圍越遠。雙目測距激光測距望遠鏡觀測距離，在1000米以上。隨著性能的提高，所以，一般雙目激光測距望遠鏡都要遠貴于單目測距望遠鏡。讓我們一起看看，現在都有哪些雙目雙筒激光測距望遠鏡吧！

按產品結構區分，雙目雙筒激光測距望遠鏡共分為兩種類型：一種是可以調節眼距的雙目激光測距望遠鏡，另一種是固定眼距的雙目雙筒激光測距望遠鏡。

首先，我們來看看可調節眼距的雙目激光測距望遠鏡都有哪些： 1.德國Zeiss Victory蔡司勝利RF系列雙筒測距望遠鏡

蔡司除了擁有一款口袋級Victory 8x26 T* PRF單筒激光測距儀外，它還生產雙筒測距望遠鏡。目前共有四款在售：Victory 8x45 T* RF、Victory 10x45 T* RF、Victory 8x56 T* RF、Victory 10x56 T* RF。蔡司測距望遠鏡秉承蔡司光學一貫出色品質，光學成像效果很不錯，但就是價格上頗貴，2萬5起步。測量范圍在10米至1200米。2.德國Leica Geovid徠卡雙筒激光測距望遠鏡

德國徠卡共有4款高清雙筒激光測距望遠鏡：10X42HD、8X56HD、15X56HD、8X42HD-B。2萬元起步，測量范圍在10米至1300米。由于中國沒有徠卡望遠鏡的授權代理商，徠卡望遠鏡在中國很難買到正品行貨。

3.美國Onick 歐尼卡ARC系列雙筒測距望遠鏡

美國歐尼卡共有3款8X42雙筒激光測距望遠鏡熱銷：1200ARC、1500ARC、1800ARC。相比蔡司、徠卡的雙筒激光測距望遠鏡LCD視野內紅色數據顯示，歐尼卡ARC測距望遠鏡是黑色數據顯示，在太陽光照強烈情況下也能清晰識別數據，測量范圍在5米到1800米，近焦距離更近，售價方面，不高于1萬。性價比更高。

4.德國Steiner Nighthunter視得樂夜鷹系列雙筒測距望遠鏡

目前，德國視得樂僅這一款帶有測距功能的望遠鏡，視得樂夜鷹系列2300，市場售價在2萬起步。測量范圍在25米至1700米，測量盲區相比其他同類產品較遠。也就是說目標在25米內是不可以測出數據來的。最遠的距離也不及美國歐尼卡ARC1800米最遠距離。性價比較低，不推薦選購。

5.美國Bushnell博士能雙筒激光測距望遠鏡

已經停產的博士能非常經典的201042 1400米雙筒激光測距儀。博士能2013年新品 12X50、10X42兩款質量相對老款，大幅下降，市場份額也大幅下降。測量范圍在10-1600米。

固定眼距的雙目雙筒激光測距望遠鏡有哪些：

固定眼距的雙目雙筒激光測距望遠鏡，被往往運用到軍事觀察領域。測量能力更強大，功能模式更多，才能適應更專業的軍事高強度訓練。在這個領域主要做的最好的就是加拿大NEWCON紐康、和瑞士VECTOR徠卡品牌。

1.加拿大NEWCON紐康

紐康超遠距離的雙目激光測距儀大部分型號包含有測距、測速、測方位角、記錄最近10次測量記錄、支持三腳架安裝、GPS/計算機輸出等功能。目前有LRB3000PRO、LRB4000CI、紐康LRB6000CI、紐康LRB20000C、紐康LRB12K/LRBKNIGHT、紐康LRB21K推出，其中LRB3000PRO最為熱賣的型號，測量范圍在10米到3000米，售價在2萬至3萬元左右。紐康測程最遠的是LRB21K，可達2.1公里遠。紐康的雙目激光測距望遠鏡能滿足不同用戶對于不同測程的需求。選擇遠距離的雙筒測距望遠鏡，可首先考慮加拿大紐康品牌。

2.瑞士VECTOR徠卡

徠卡VECTOR雙目激光測距儀，相比紐康，價格相當于購買一臺寶馬，30-40萬。由于徠卡VECTOR雙目激光測距儀屬于購買管制產品，一般市場上很難滿足供應需求。且購買貨期需要等上很久。目前，共有VECTOR IV、VECTOR21和VECTOR23，其他型號都已停產。VECTOR 23是最新款產品，測量范圍在25-25000米。紐康LRB12K可以完美媲美VECTOR21。測量精度更高，達到1米，重量更輕便。傳輸接口選擇更多，適應力更強。

總結

世界上所有的雙目測距望遠鏡都在此集結，總有一款適合你需求。記住選購遵守3大要素，功能需求、預算能力、品牌要求。綜合起來匯成三個字“性價比”。

第二篇：激光測距應用

激光測距應用

應用領域：

電力、水利、通訊、環境、建筑、地質、警務、消防、爆破、航海、鐵路、農業、林業、房地產、休閑/戶外、反恐/軍事 主要應用方向：

? 在鋼鐵廠和軋鋼廠用于過程監控 ? 料位、液位的測量

? 行車定位系統、裝卸處理設備的定位系統

? 對人力所不能到達部位的測量，如罐裝物、管道、集裝箱等 ? 車輛、船舶的定位監控系統 ? 起重安裝設備位置控制 ? 不宜接近的物體測量

? 距離、位置、液位、料位、生產線料坯傳送定位 ? 行吊XY定位 ? 電梯運行測量 ? 大型工件裝配定位 ? 運動物體位置監控 ? 大型貨架庫存管理 ? 超大物體幾何計量 ? 靶距自動控制 ? 電氣化鐵路接觸網測量

? 鐵路建筑物限界測量以及江河湖海等的水位測量。測距發展路線： ? 民用，手持式 ? 工業用，高可靠性 市場開拓方式： ? 大客戶

? 代理商，借助代理商的客戶群 具體應用示例： 1.汽車防撞探測器

一般來說，大多數現有汽車碰撞預防系統的激光測距傳感器使用激光光束以不接觸方式用于識別汽車在前或者在后形勢的目標汽車之間的距離，當汽車間距小于預定安全距離時，汽車防碰撞系統對汽車進行緊急剎車，或者對司機發出報警，或者綜合目標汽車速度、車距、汽車制動距離、響應時間等對汽車行駛進行即時的判斷和響應，可以大量的減少行車事故。在高速公路上使用，其優點更加明顯。2.車流量監控及車輪廓描畫

這種使用方式一般固定到高速或者重要路口的龍門架上，激光發射和接收垂直地面向下，對準一條車道的中間位置，當有車輛通行時，激光測距傳感器能實時輸出所測得的距離值的改變，進而描繪出所測車的輪廓。這種測量方式一般使用的激光束發散角度較小，測距范圍一般小于30米即可，且要求激光測距速率比較高，一般要求達到幾百赫茲就可以了。這對于在重要路段監控可以達到很好的效果，能夠區分各種車型，對車身掃描的采樣率可以達到10厘米一個點，且對車流限高，限長等都能實時輸出結果。如圖3。在沒有車輛到來時，激光測距傳感器測出的是一個距離常量，也就是測距儀到地的距離，當有車輛從測距儀下面經過時，距離值改變，當距離值再次回到常量就認為有一輛車通過，根據這種方式我們可以對通過一些路段的車流量進行監控。現在常用的方法是對一段時間內的車流進行統計平均的方法，帶有很大的估計成分，而視頻統計的方法還有很多現實應用的困難，因此，激光測距統計方法為車流量統計提供了一種可行的方案。3.車輛行人違法監測

由于激光測距傳感器的光束不是實質性的障礙，在利用激光測距傳感器對路面進行監控的時候，并不會阻礙交通的正常運行。因此，在一些禁停或者禁止行人車輛通行的路段，用激光束平行路面以一定高度進行固定發射或者以一定角度進行掃描，當遇到有車輛違法停車闖紅燈或者行人違法跨越護欄等，激光測距距離值改變，可以進行報警或者警示。這種應用光束不必要太寬，但一般要求測距距離比較長，以確保一定路段長度的防護距離。這種方式構成的智能交通違法監控系統將在交通物聯網中得到很大的應用。4.激光測速傳感器

激光測距傳感器是激光測距技術在交通管理領域最早的一種形式，因為其卓越的性能，在實際應用中逐漸得到普及。激光測距傳感器是采用激光測距的原理，是對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距，取得在此時間間隔內被測物體的距離變化，從而得到該被測物體的移動速度。激光測速儀分為固定式的和移動式兩種，固定式的一般固定在路邊或者龍門架上，以一個比較小的角度迎向來車，一般通過車牌反射進行測量，測量精度比較高，可以達到±1公里/小時，測速范圍可達250公里/小時，測距范圍在此應用中不用太長，一般80到100米即可。移動式激光測速儀對操作要求比較高，一般光束發散角度要大于3 mrad，鑒于激光測速的原理，激光光束必須要瞄準垂直與激光光束的平面反射點，又由于車輛處于移動狀態，車體平面不大，且測速需要一定時間，只能作為臨時測速，取證應用。激光測距傳感器由于光束發散角度較小，便于測速取證，不像雷達多普勒測速儀，在多車道測量時不能確知超速的具體車輛，且由于激光測速傳感器發射的是近紅外的光波，不能被雷達探測器、電子狗等探側，且不易受市區雷達雜波干擾。鑒于激光測距傳感器的上述優點，在智能交通中的應用將越來越普及。如圖2。

5.測量傳送帶上箱子的寬度

使用兩個發散型傳輸時間激光測距傳感器，在傳送帶的兩側面對面安裝。因為尺寸變化的箱子落到傳送帶上的位置是不固定的，這樣，每個激光測距傳感器都測量出自己與箱子的距離，設一個距離為L1，另一個為L2。此信息送給PLC，PLC將兩個激光測距傳感器間總的距離減去L1和L2，從而可計算出箱子的寬度W。6.在港口碼頭上的使用 使用激光測距傳感器，可以測量船只到船只的距離和船只到船只的相對速度。在一艘船只移動的過程中，用來檢測船只到碼頭或到另外的船只的的相對距離和速度，船只根據激光測距傳感器輸出的數字信號，調整船只行進的速度和航線。如果使用云臺可以測量一定角度范圍的物體的距離，并且可以知道在那個角度有物體，其距離和相對速度。7.在火車站上的使用

使用激光測距傳感器，可以測量火車到站臺的的距離和火車到火車到站臺的相對速度。

8.在石油鉆機上的使用

使用激光測距傳感器，可以測量游車到塔頂的距離和相對速度，防止“上碰下砸”事故的發生。

9、保護液壓成型沖模 機械手把一根預成型的管材放進液壓成型機的下部沖模中，操作者必須保證每次放的位置準確。在上部沖模落下之前，一個發散型傳感器測量出距離管子臨界段的距離，這樣可保證沖模閉合前處于正確位置。

10、二軸起重機定位

用兩個反射型傳感器面對反射器安裝，反射器安裝在橋式起重機的兩個移動單元上。一個單元前后運動，另一個左右運動。當起重機驅動板架輥時，兩個傳感器監測各自到反射器的距離，通過PLC能連續跟蹤起重機的精確位置。

激光輪廓掃描儀

應用方向： 港口應用 1.岸吊大梁防撞

防止大梁與輪船上的煙囪、天線等相撞。2.岸吊集卡定位

通過測量集裝箱的輪廓來判斷卡車位置，通過面板顯示司機應前進或后退的距離。

3.輪胎吊地面防撞

通過區域保護功能，防止輪胎吊的前進方向上與卡車、人物等障礙物碰撞，同時可起到防止兩臺輪胎吊相撞的目的。4.倒車雷達

通過區域保護功能，防止港口重型車輛在倒車時與卡車、人物等障礙物碰撞。

5.輪胎吊/軌道吊防打保齡

通過測量堆場中集裝箱的輪廓，控制吊具的提升高度，確保吊具及吊具上的集裝箱不與堆場中的集裝箱碰撞，同時做到優化操作路線，提高效率的功能。交通應用 1.車輛超限檢測

通過輪廓測量功能，測量過往車輛的最高，最寬值。2.貨車體積測量

通過輪廓測量功能，測量過往車輛的最高，并計算車輛的體積。3.鐵路貨運安全檢測門

通過輪廓測量功能，測量過往車輛的截面，將截面數據與設定值對比，檢測是否超出。4.鐵軌障礙物檢測

通過輪廓測量功能，測量在鐵軌上是否有障礙物及障礙物的大小、位置。其它應用

1． 機器人和AGV自動導航車

通過輪廓測量功能，實現機器人自動導航或防撞，或地圖掃描。2． 船閘應用

通過區域檢測功能，檢測航道上是否有船經過，以避免與船閘相撞。3． 盤煤系統

安裝在堆取料機上，自動盤煤。4． 人數統計

監控人流密度，控制區域安全及節能等作用。5． 安防

通過人眼不可見的紅外掃描，廣泛應用于核電、軍隊、監獄、博物館等重要場合的安防應用。6． 地圖構建

通過輪廓測量功能，實現無人車的自動避障或周圍環境的輪廓掃描。7． 機器人輪廓掃描及定位

通過輪廓測量功能，掃描物體的輪廓及位置，方便機器人抓取。市場開拓方式： ? 大客戶

? 代理商，借助代理商的客戶群

具體應用： 港口應用 1.岸吊大梁防撞

防止大梁與輪船上的煙囪、天線等相撞。

2.岸吊集卡定位

通過測量集裝箱的輪廓來判斷卡車位置，通過面板顯示司機應前進或后退的距離。

3.輪胎吊地面防撞

通過區域保護功能，防止輪胎吊的前進方向上與卡車、人物等障礙物碰撞，同時可起到防止兩臺輪胎吊相撞的目的。

4.倒車雷達

通過區域保護功能，防止港口重型車輛在倒車時與卡車、人物等障礙物碰撞。

5.輪胎吊/軌道吊防打保齡

通過測量堆場中集裝箱的輪廓，控制吊具的提升高度，確保吊具及吊具上的集裝箱不與堆場中的集裝箱碰撞，同時做到優化操作路線，提高效率的功能。

交通應用 1.車輛超限檢測

通過輪廓測量功能，測量過往車輛的最高，最寬值。

2.貨車體積測量

通過輪廓測量功能，測量過往車輛的最高，并計算車輛的體積。

3.鐵路貨運安全檢測門

通過輪廓測量功能，測量過往車輛的截面，將截面數據與設定值對比，檢測是否超出。

4.鐵軌障礙物檢測

通過輪廓測量功能，測量在鐵軌上是否有障礙物及障礙物的大小、位置。

其它應用

1． 機器人和AGV自動導航車

通過輪廓測量功能，實現機器人自動導航或防撞，或地圖掃描。

2． 船閘應用

通過區域檢測功能，檢測航道上是否有船經過，以避免與船閘相撞。

3． 盤煤系統

安裝在堆取料機上，自動盤煤。

4． 人數統計

監控人流密度，控制區域安全及節能等作用。

5． 安防

通過人眼不可見的紅外掃描，廣泛應用于核電、軍隊、監獄、博物館等重要場合的安防應用。

6． 地圖構建

通過輪廓測量功能，實現無人車的自動避障或周圍環境的輪廓掃描。

7． 機器人輪廓掃描及定位

通過輪廓測量功能，掃描物體的輪廓及位置，方便機器人抓取。

第三篇：激光測距論文講解

激光測距及在軍事上的應用 摘 要

激光技術這一高新技術，經過半個世紀的發展，從機理原理，實驗手段到制造工藝都已逐步成熟，且先進的激光器不斷研制成功，并憑借其高亮度、方向性強、單色性好、相干性好的顯著特點，在工業、農業、醫療、軍事等領域的應用已經是大顯神威。而激光武器經過不斷地開發和研究，目前已有了重大的進展：低功率激光武器已開始裝備部隊，高功率激光武器則在技術上已基本成熟，將在未來現代化戰爭或局部戰爭中發揮舉足輕重的作用。

本文簡要介紹了脈沖激光測距原理及常見的激光測距儀，并對它們在軍事上的應用作了相應的介紹。

關鍵詞：激光測距；激光測距儀； 軍事應用

一、引言

激光測距是激光在軍事上應用最早和最成熟的技術。自1960 年第一臺激光器--紅寶石激光器發明以來，便有人開始進行激光測距的研究。和微波測距等其它方法相比,激光測距具有更好的方向性和更高的測距精度,測程遠,抗干擾能力強,隱蔽性好,因而得到廣泛的應用。激光測距的研究還對雷達技術的發展起了很大的促進作用,因而在國民經濟和國防建設中具有重要意義。根據所發射激光狀態的不同,激光測距分為激光脈沖測距和連續波激光測距,后者根據起止時刻標識的不同又分為相應激光測距和調頻激光測距。本文將介紹脈沖測距的最新技術發展。

二、脈沖激光測距原理

脈沖激光測距是利用激光脈沖持續時間極短,能量在時間上相對集中,瞬時功率很大(一般可達兆瓦)的特點,在有合作目標的情況下,脈沖激光測距可以達到極遠的測程;在進行幾公里的近程測距時,如果精度要求不高,即使不使用合作目標,只是利用被測目標對脈沖激光的漫反射索取的反射信號,也可以進行測距。圖1 脈沖飛行時間激光測距系統一個典型的脈沖飛行時間激光測距系統通常有以下五個部分組成:激光發射單元,一個或兩個接收通道,時刻鑒別單元,時間間隔測量單元和處理控制單元。激光發射單元在t0 時刻發射一激光脈沖,其中一小部分功率直接進入接收通道1,經時刻鑒別單元產生起始(START)信號,開始時間間隔測量;其余功率從發射天線向目標發射出去,經距離R 到達目標后被反射;接收通道2 的光電探測器接收到返回脈沖,經放大后到達時刻鑒別單元,產生一終止(STOP)信號,終止時間間隔測量;時間間隔測量單元把所測得的結果t 輸出到處理控制單元,最后得到距離R=ct/2。

[1]

三、激光測距在軍事上的應用 3.1 激光測距光源

戰術和戰略用脈沖激光測距儀主要包括紅寶石、Nd∶YAG、CO2、喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃等脈沖激光測距儀。3.3.1 紅寶石脈沖激光測距儀

0.69μm 的紅寶石脈沖激光測距儀是第一代軍用激光測距儀，其結構簡單，緊湊。因工作波長屬近紅外綠光，極易暴露目標，加上對人眼極不安全，目前除少數應用外已被淘汰。

3.1.2 Nd∶YAG 脈沖激光測距儀

Nd∶YAG 脈沖激光測距儀的主要優點是隱蔽性、電效率和脈沖重復工作頻率大大優于紅寶石激光測距儀，因而從60 年代后期開始廣泛裝備部隊；主要缺點：①工作波長為1.06μm，相對說來較短，在大氣中的衰減較大，不完全適合自然霧和戰場煙幕等環境條件；② 1.06μm 波長被發射后經人眼聚焦進入視網膜，在很短的距離上若不加防護觀察，可以使人眼永久致盲；③1.06μm 波長不與8~12μm 熱成像系統兼容。而Nd∶YAG 脈沖激測距儀目前仍具有無法取代的獨特優點。3.1.3 CO2 脈沖激光測距儀

CO2 脈沖激光測距儀是70 年代末和80 年代中期主要針對1.06μm 的Nd∶YAG 激光測距儀的缺點發展起來的新一代人眼安全激光測距儀。其主要優點有：①大氣穿透能力優于Nd∶YAG 激光波長，能在較低能見度和戰場煙幕等大氣條件下工作；②能與8~12μm 波段內的典型熱成像系統兼容并可共用接收光學系統和探測器，能有效實現熱成像儀能探測到的絕大多數目標；③能實現對人眼安全。主要缺點是：①10.6μm 的CO2 激光波長極易被水分子(H2O)吸收衰減，在大氣中含水蒸汽密度大的睛天和潮濕條件下，限制了它的最大測距能力，特別是雨天和目

標被雪覆蓋時，目標呈現多鏡面對稱反射，對CO2 激光波長測距不利；③10.6 μm 的CO2 激光波長對戰術目標的反射系數低于1.54、1.06 和0.69μm 的激光波長。

3.1.4 喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脈沖激光測距儀

喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脈沖激光測距儀也和CO2 一樣發展于70 年代末和80年代中期，主要優點是：①大氣穿透能力高于1.06μm 的Nd∶YAG 激光波長而低于CO2 激光波長；②對目標的反射系數和在睛天、高溫度條件下測距時，其性能高于CO2 激光波長并與Nd∶YAG 激光波長相當；③對人眼的安全性高于CO2 激光波長。缺點是由于1.54μm 波長屬中紅外波段，不能與8~12μm 的熱成像系統兼容，加上轉換效率低、脈沖能量小和重復工作頻率低(喇曼頻移Nd∶[3][2] YAG 除外)等限制了它們的應用。3.2 脈沖激光測距在軍事上的應用

脈沖激光測距儀作為軍用裝備器材，發展于60 年代初。經過30 多年的開發、研制和裝備，目前國外已完成了“手持式、腳架式、潛望式、坦克、裝甲、水面艦載、潛艇潛望、高炮、機載、機場測云、導彈和火箭發射、人造衛星、航天器載”等約十三大類400 多個品種和型號，其中裝備量最大的是以Nd∶YAG 為器件的固體脈沖激光測距儀，其次是喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃以及CO2 脈沖激光測距儀。

3.2.1 輕型便攜式脈沖激光測距儀

輕型便攜式脈沖激光測距儀包括步兵和炮兵偵察用的手持式以及前沿偵察和前沿對空控制(FAC)雙用途的激光測距儀—目標指示器。對上述用途的系統，要求機動靈活、重量輕、體積小、用電池組作電源、可靠性和維修性高以及單一產品的成本低等。主要技術性能：最大測程4~10km，測距精度±10m，重復頻率為單次，束散角1~2mrad。值得關注的的是，由于上述激光測距儀及其系統常與其他友軍密切配合作戰且不帶裝甲部隊大范圍訓練以及無合作目標、操作手不帶防護目鏡等，人眼安全極為重要。因此，這類脈沖激光測距儀已逐漸由裝備Nd∶YAG 激光測距儀改為喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃1.54μm 的人眼安全激光測距儀。

在現代戰爭中，由以前單一的步兵、炮兵獨立作戰發展到有步兵、炮兵和海軍陸戰隊組成的特種部隊聯合作戰，武器系統也由單一的地炮、高炮逐漸采用多功能綜合高技術。因此激光測距儀也由單一測距功能的便攜式、手持式發展到激光測距、紅外瞄準的晝夜觀測儀以及激光測距、目標指示、紅外瞄準的激光紅外目標指示器等。

3.2.2 地面車載脈沖激光測距儀

地面車載脈沖激光測距儀包括坦克、步兵戰車(IFV)、火控、對空防御、火炮或導彈制導火控以及目前發展的地面車載激光測距儀—目標指示器等。其主要技術性能：最大測程4~10km，測距精度±5~10m，目標分辨約20m，重復頻率0.1~1Hz，束散角0.4~1mrad。激光測距儀在坦克火控系統中的應用是提供彈道軌跡的超仰角修正信息和因逆風或目標移動引起的方位角校正信息以及距離信息。步兵戰車主要是使用激光測距儀去測量目標是否在反坦克導彈的距離內，其次用于槍炮火控和對目標的分選。為了做到激光測距儀完全有效地對任何能探測到的目標測距以及通過火控系統全天候被動探測、識別和分選，這些系統還應包括：瞄準光學系統、電視攝像機和紅外熱成像儀(FLIR)等。這是目前非常迫切需要的但不可能通過任何單一功能和單一波長激光測距儀能完全滿足的系統。據外刊報 道，美國休斯公司采用喇曼頻移Nd∶YAG 激光測距、電視攝像和紅外成像組成的坦克、裝甲車激光測距儀系統是目前最新型的設備。但是這種系統若采用1.06μm 的Nd∶YAG 激光測距，盡管在測距儀上裝上衰減濾光片，對合作目標測距訓練時已基本達到人眼安全要求，而經論證后的坦克和步兵作戰的操作人員及指揮、作戰人員應采取人眼安全措施，或者采用人眼安全的1.54μm 激光波長測距，從根本上實現對人眼安全的要求。3.2.3 對空火炮和導彈防御脈沖激光測距儀

對空防御的脈沖激光測距儀以及采用了自保護措施的步兵戰車對空防御脈沖激光測距儀均應按火控系統和作戰系統的要求工作，在距離和距離速率以內對空中高速機動目標提供穩定的跟蹤信息和距離信息，以對抗武裝直升機、隱身飛機和巡航導彈、反輻射導彈的威脅。這就要求激光測距儀提供比較高的數據率(高的激光脈沖速率)和相當高的距離精度，如最大測程為4~20km，測距精度為

2.5~5m，重復頻率為6~20Hz，束散角為0.5~2.5mrad 等。然而，若其交戰距離相當遠(約達20km 以上)，這么遠的距離實際對抗出現在不模糊的大氣條件下，僅要求激光測距儀的靈敏度比坦克測距儀稍高一些；若在某些高濕度季節或某些高溫度氣象區域內，由于很強的H2O 分子吸收，限制了長波長(如10.6μm 的CO2)脈沖激光測距儀最大測距能力的發揮，此時，應采用1.06μm 的Nd∶YAG 脈沖激光測距儀，或者采用喇曼頻移Nd∶YAG 及Er∶玻璃(1.54μm)的脈沖激光測距。

3.2.4 機載脈沖激光測距儀

機載脈沖激光測距儀可以用來裝備武裝直升機的導彈指令制導和裝備固定翼飛機，用于封鎖支援的光電飛行器等目標以及攔截飛機和導彈的攻擊。這些典型應用一般采用1.06μm的Nd∶YAG 激光測距儀并具有激光測距和目標指示的能力，或者采用1.54μm 波長的人眼安全喇曼頻移Nd∶YAG 脈沖激光測距儀_目標指示器等，以保護機載系統完成作戰任務或主動攻擊空中的光電目標。機載脈沖

激光測距儀的主要技術性能：測程遠(用于武裝直升機為4~10km，用于固定翼飛機為10~20kM)、測距精度高(用于武裝直升機為±5~10m，用于固定翼飛機為±1~10m)、重復頻率高(用于武裝直升機為4Hz，用于固定翼飛機為5~20Hz)、束散角小(用于武裝直升機為0.4~1mrad，用于固定翼飛機為0.1~0.5mrad)，同時機載設備應體積小、重量輕并要與航空指示器共用。因此，激光器必須使用高效循環液體作冷卻器，以適應高的運轉速率要求，否則要采用氣體或混合氣體升壓冷卻。

3.2.5 艦載脈沖激光測距儀

艦載脈沖激光測距儀的發展在輕型便攜式、車載和對空防御激光測距儀之后，它包括水面艦載和潛艇潛望兩大類。水面艦載脈沖激光測距儀在技術性能指標方面與車載火控和對空防御激光測距儀相同，在環境使用方面要適應艦載海[4] 空、海面以及海上鹽霧的荷刻要求，而在體積、重量、電效率、維護保養能力和成本等方面的要求又不苛刻。因此，目前大量用來裝備常規火控和對空防御的海軍艦只，如掩護(無聲雷達)艦載飛機回收和與紅外熱成像、電視等組成跟蹤系統，全天候監視和跟蹤空中目標等獨特的艦上應用正在出現，其應用前景相當廣泛 [5]。

四、結束語

激光武器不但反應速度快，而且殺傷命中率特別高，幾乎是100%，因為激光 武器以光束攻擊目標，可以不考慮射擊提前量，而且目標的機動性也不會影響激光器的性能。所以，激光武器的殺傷率就非常高，一旦鎖住目標，就能將其摧毀或破壞。另一個重要優點是單發成本相當低，每發僅1000 ~ 3000 美元。因此，用激光武器來對付在全世界擴散的“ 廉價低空飛行器“ 大有好處。使用戰區高空防御武器或其它昂貴的反導系統來對付近程火箭，其代價也太高。所以，發展激光防空武器就成了必然趨勢。[6] 參考文獻

［1］ 李適民.激光器件原理與設計［M］ 國防工業出版社 1998 ［2］ 陳家璧，彭潤玲.激光原理及應用[M] 電子工業出版社 2008 ［3］ 梅遂生，王戎瑞.光電子技術[M] 國防工業出版社 2008 ［4］ 陳婭冰等.激光武器新技術及應用［ J］.激光與光電子學進展，2003：12－16 ［5］ 王樂．激光在現代軍事中的應用[J]．光機電信息.2002，(6)：23—24 ［6］ 趙江，徐世錄.激光武器的現狀與發展趨勢[J] 2005:67-70

第四篇：相位法激光測距的理論設計(綜合最新版)

相位法激光測距的理論設計

摘要

本文介紹了半導體激光技術,并在傳統的相位法激光測距原理的基礎上, 參考激光測距光學系統設計,運用數字相關檢測的測量方法，提出一種把直接數字頻率合成(DDS)技術和數字信號處理(DSP)技術相結合的新的相位激光測距理論設計，這種設計有助于簡化電路、提高相位測距的精度。

關鍵詞： 相位激光測距，數字相關檢測，數字信號

Phase Type Laser Ranging Theoretical Design This article introduced the semiconductor laser technology, and in the traditional phase laser ranging principle foundation, the reference laser ranging optical system design, Using digital correlation detection measuring technique,proposing one kind the new phase laser ranging theoretical design which(DDS)technical and the digital signal processing(DSP)the technology unifies the direct digital frequency synthesis, for could overcome in the traditional phase range finder method the precision to enhance, the measuring range with difficulty difficulty with increases, the electric circuittoo is complex and so on the shortcoming provides has been possible to supply the reference the theoretical design.Key word：PHASE LASER RANGING，DIGITAL CORRELATION DETECTION，DIGITAL SIGNAL

目錄

第一章 引言.....................................................................................................................4 第二章 國內外研究狀況.................................................................................................5 第三章 激光測距光學系統.............................................................................................7 3．1 激光測距儀的系統結構.........................................................................................7 3．2光學系統圖示..........................................................................................................8 3．3 光學系統設計主要部件功能與作用.....................................................................9 3．4 主要參考性能數據...............................................................................................10 第四章 數字相關檢測技術改進方法設計...................................................................11 4．1 激光相位式測距的基本原理.............................................................................11 4．2 數字信號處理(DSP)的簡述.................................................................................13

4.2.1 數字信號處理的主要研究內容....................................................................14 4.2.2 測試信號數字化處理的基本步驟................................................................14 4.2.3 數字處理信號的優勢....................................................................................15 4．3 直接數字頻率合成技術.......................................................................................15

4.3.1 DDS的基本工作原理....................................................................................16 4．4 改進的數字測相的框圖設計...............................................................................16 第五章 小結...................................................................................................................22 參 考 文 獻.............................................................................................................23 致謝.................................................................................................................................24

第一章 引言

第一章 引言

激光，是一種自然界原本不存在的，因受激而發出的具有方向性好、亮度高、單色性好和相干性好等特性的光。物理學家把產生激光的機理溯源到1917年愛因斯坦解釋黑體輻射定律時提出的假說，即光的吸收和發射可經由受激吸收、受激輻射和自發輻射三種基本過程[1]。

所謂激光技術，就是探索開發各種產生激光的方法以及探索應用激光的這些特性為人類造福的技術的總稱。30多年來，激光技術得到突飛猛進的發展，利用激光技術不僅研制了各個特色的多種多樣的激光器，而且隨著激光應用領域不斷拓展，形成了激光唱盤唱機、激光醫療、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新興產業。激光技術的飛速發展，使其成為當今新技術革命的先鋒！

激光和普通光的根本不同在于它是一種有很高光子簡并度的光。光子簡并度可以理解為具有相同模式(或波型、位相、波長)的光子數目,即具有相同狀態的光子數目。這些特性使激光具有良好的準直性及非常小的發散角,使儀器可進行點對點的測量,適應非常狹小和復雜的測量環境。激光測距儀就是利用激光良好的準直性及非常小的發散角度來測量距離的一種儀器。激光在A、B 兩點間往返一次所需時間為t, 則A、B 兩點間距離D 可表示為: D = c2t /2,式中, c為光在大氣中傳播的速度。由于光速極快, 對于一個不太大的D 來說, t是一個很小的量。如:假設D =15km, c = 3 3105 km / s,則t = 5 310-5 s。由測距公式可知,如何精確測量出時間t的值是測距的關鍵。

由于測量時間t的方法不同,便產生了兩種測距方法:脈沖測距和相位測距。其中相位測距更加精確[1]。

廣東技術師范學院本科畢業論文（相位法激光測距的理論設計）

第二章 國內外研究狀況

相位式激光測距技術的研究起始于20 世紀60年代末,到80 年代中期陸續解決了激光器件、光學系統及信號處理電路中的關鍵技術,80 年代后期轉入應用研究階段,并研制出了各種不同用途的樣機,90年代中期,各種成熟的產品不斷出現,預計近期將是其應用產品大發展的階段,在中、近程激光測距應用方面有取代YAG激光的趨勢。隨著激光技術的發展, 應用激光作精密光波測距系統的光源, 是現代測量儀器的一個顯著特點。

據近年的資料, 國外用于大地測量、城市和工程測量的各類光電測距儀約15000多臺。其中, 長程及中程各占1/4, 短程測距儀占1/2。許多工業發達國家已把各種激光測距儀紅外測距儀作為標準設備, 裝備測量作業隊。

近年來，中長程激光測距儀的技術發展有以下特點:（1）普遍采用He-Ne激光光源, 功率為1～5mW;（2）普遍采用新穎的高效調制器, 如ADP(磷酸二氫銨NH4H2PO4), KDP(磷酸二氫鉀(KH2PO4)), KD*P(磷酸二氘鉀(KD2PO4))等；（3）向自動化和數字化方向發展。中遠程激光測距儀的精度主要是受到比例誤差的限制, 這是值得注意的。如美國的Geodolit-3G遠程激光測距儀, 其數字測相的分辨力達±0.03 mm, 其固定誤差為±0.03 mm, 但它的比例誤差仍有1 mm/km[2]。為獲得測線的平均氣溫, 氣壓、濕度誤差影響￡1mm/km，還需要用飛機沿測線作氣象測定, 這對作業無疑是不方便的。對比之下, ±0.03 mm的測相分辨力, 對于單色激光的遠程測距, 并不必需。

短程的光波測距儀通常以砷化鎵半導體(GaAs)紅外波段激光源的紅外測距儀為主, 實用上也有少量采用He-Ne激光作光源。這類儀器普遍在向自動化、數字化與小型化、一機多能的方向發展。按儀器的功能可分為單測距儀器, 測角與測距相結合的儀器, 測距、測角與計算三結合儀器(電子速測儀)及高精度的短程測距儀這四類。

單測距的儀器都采用強制歸心基座可與經緯儀交替使用, 以利于邊角測量和導線測量的實施, 這類儀器也可采用激光光源。角、距結合的儀器有二種: 一種是測距系統作為經緯儀的附件, 積木式裝在經緯儀上, 將自動測距與經緯儀測角相結合直接為水平距離并能作坐標差Dx、Dy的計算.如DI-3及DI-3S;另一種能將自動測距與光學測微器

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第三章 激光測距光學系統

3．1 激光測距儀的系統結構

激光電子測距儀一般由激光光源、激光調制及發射電路、光學系統、接收單元、高頻放大電路、采樣積分電路、邏輯電路、振蕩電路和微處理器部分組成,系統框圖如圖3.1所示。激光光源采用半導體激光二極管。晶振部分包括主振單元和本振單元,通過頻率合成電路分別產生發射頻率信號和基準混頻信號。發射頻率信號經過一定的波形變換和功率放大后,作用于激光二極管,進行內調制,發出調制激光信號[3]。

圖3.1 激光測距儀的系統結構

Fig.3.1 laser ranging equipment system structure 激光測距光學系統設計的方案及原理為：動目標指示,目標速度分辨力8km/ h ；主動成象,幀頻為100～200 幀/ s；精確測距 ；以每秒1000 次的速率編排并記錄方位、仰角、距離和時間數據；進行坐標變換,以便輸出高精度的實時位置數據,便于繪圖和數字顯示；使用程序指出方位上幾個區域,保證目標或其它關鍵區域在安全標準范圍內安全控制。

連續波(GaA1As)激光發射機;2連續波(CO2)激光發射機;4、5聲光調制器;8、9-前置放大器;10散熱器;12、30-測距通道探測器;13二維電荷耦合器(CCD);15調準傳感器;17本振通道;19后反射器;21、22、23氣體池;25柵鏡;27、33四分之一波片;29分束器;34、35方 位俯仰驅動器;37廣東技術師范學院本科畢業論文（相位法激光測距的理論設計）

3．3 光學系統設計主要部件功能與作用

相位(GaA1As)激光發射機的作用是用于近場廣角截獲跟蹤目標, 并進行目標的粗測;連續波(GaA1As)激光發射系統用于精確的測距;連續波(CO2)激光發射系統用于測量速度。微調反射鏡有兩對,分別用于GaA1As 激光束和CO2 激光束的偏轉掃描,目標截獲、跟蹤探測器采用二維的電荷耦合器件CCD。

電荷耦合器件的傳感功能是在光致信息電荷的存儲和傳輸兩個過程完成的。如果把被測目標的光學圖象聚集在電荷耦合器件圖象傳感器的光敏區上,則其上個點所產生的光生載流子的數量,將與各象點上的圖象亮度相對應。在一般稱為光積分時間的時間間隔內,這些少數光生載流子分別被收集、存儲在就近的勢阱里,形成一個個的信息電荷包,每一個信息電荷包所儲存的信息電荷與電荷耦合器件工作表面上相應位置的光強成正比,因而成為被測光學圖象的諸點取樣模擬。這樣,就把光學圖象轉變成為由信息電荷所描繪的電子圖象,完成了光電轉換與儲存信息的過程。為了按掃描順序取出各電荷包的信息電荷,使被接收的圖象以電信號的形式再現出來,可在各個電極上依次施加有規則變化的時鐘脈沖電壓,各個電極下的勢阱深度也將作相應的變化,從而使電荷包能夠沿半導體表面作定向運動。

二維電荷耦合器件的感光單元呈二維矩陣排列,組成感光區。由于傳輸和讀出結構方式不同,面陣圖象器件有多種形式。碲鎘汞器件是目前性能最優良的最有前途的光電導探測器。它的光譜響應在8～4μm 之間,為大氣窗口波段,其峰值波長為1016μm 與CO2 激光器的激光波長相匹配,響應時間約為10

第三章 激光測距光學系統

3．4 主要參考性能數據

作用距離0～30 ,000m 角度測量準確度< ±110″ 分辨距離0.115m 角度覆蓋范圍180° 掃描角速度2°/ ms 角度偏轉范圍0～20°

連續波(GaA1As)激光器波長 0185μm 連續波CO2 激光器波長 1016μm 相位(GaA1As)激光器波長 01905μm 峰值功率

15W 輸出功率

15mW 重復頻率

90pps(每秒鐘的周期數)接收探測器 硅雪崩光電二極管 接收鏡孔徑 18～100mm

本文的相位測距數字檢測系統是根據激光測距的工作原理及由激光測距原理繼而發展的相位式激光測距的原理，并參考在激光領域所做的相關的光學系統而設計的。

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第四章 數字相關檢測技術改進方法設計

相位法激光測距是利用發射的調制光與被測目標反射的接收光之間光強的相位差所含的距離信息來實現對被測目標距離的測量。由于采用調制和差頻測相技術, 具有測量精度高的優點, 廣泛用于有合作目標的精密測距場合。激光相位式測距儀由于其測量精度高而被廣泛地應用于軍事、科學技術、生產建設等領域。相位式測距儀的基本原理是通過測量連續調幅信號在待測距離上往返傳播所產 生的相位延遲,來間接地測定信號傳播時間,從而求得被測距離.因此,信號相位測量的精度也就決定了激光測距儀的精度[6]。

測距儀相關檢測技術是信號檢測領域里一種重要工具,它能在低信噪比的情況下提取出有用的信號,具有較強的抗噪聲的能力,如同頻域里的譜分析一樣,時域里的相關分析幾乎在信號的所有領域里都有應用,例如圖像處理、衛星遙感、雷達及超聲探測、醫學和通信工程等。

在此本文設計一種新型的激光相位式測距儀,它將現代數字信號處理技術應用于測距系統,利用數字信號處理芯片的強大的數據運算功能,對采集的信號進行數字相關運算,計算出測量信號與參考信號的相位差,繼而得到距離值。

4．1 激光相位式測距的基本原理

傳統的相位法激光測距機,為了提高測量精度,通常需要把激光調制頻率提高到幾十兆甚至幾百兆；為了增大量程,通常把激光調制頻率降低到幾兆甚至更低;為了提高測量相位的精度,通常把發射信號和回波信號與本振混頻進行移相和鑒相測相。如要同時實現高精度和大量程,則需要多組激光調制頻率,且隨著測量精度的提高,調制頻率會不斷的提高,這些對電路性能要求會越來越高,電路的復雜度也會隨之增大,各個信號之間的串擾會隨之嚴重,這給高精度激光測距機的設計和制造帶來很大的困難。為了克服這些困難,本文提出了一種把直接數字合成(DDS)技術與數字信號處理器(DSP)相結合的激光測距方法,利用DSP強大的實時信號處理的特點和DDS 器件能在一定帶寬內產生任意頻率的特點,只需把調制頻率限制在10兆赫茲以內就可以達到很高的測量精度和很大的量程,而且在工作量提供了一定的理論設計[6]。本文就其基本原理, 系統框圖和誤差分析

第四章 數字相關檢測技術改進方法設計

做詳細的論述。

光以速度c 在大氣中傳播，在A、B 兩點間往返一次所需時間與距離的關系可表示為：L= ct/2。

上式中L ─— 待測兩點A、B 間的直線距離；c ─— 光在大氣中傳播的速度；t ─— 光往返AB 一次所需時間。由上式可知，距離測量實質是對光在AB 間傳播時間的測量。由于對時間測量不夠精確，所以將對時間的測量轉化為對相位差的測量。相位差的測量可以達到很高的精度，故而距離的測量也就達到了很高的精度[7]。

激光測距是用無線電波段的頻率,對激光束進行幅度調制并測定調制光往返一次所產生的相位延遲,再根據調制光的波長換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經往返測線所需的時間,如圖4.1所示。

圖4.1 測距相位示意圖

Fig.4.1 range finder phase schematic drawing 相位式激光測距一般應用在精密測距中。由于其精度高,一般為毫米級,為了有效地反射信號,并使測定的目標限制在與儀器精度相稱的某一特定點上,對這種測距儀大多配置了被稱為合作目標的反射鏡。

圖4.2為典型的模擬測相電路的原理圖[8]：

wо)t ] , E2 = Ecos[(ws

第四章 數字相關檢測技術改進方法設計

經成為一個新的技術領域和獨立的學科體系，當前已經形成了有潛力的產業和市場，在現代光電通信中也得到十分廣泛和成功的應用。

廣義來說，數字信號處理是研究用數字方法對信號進行分析、變換、濾波、檢測、調制、解調以及快速算法的一門技術學科。但很多人認為：數字信號處理主要是研究有關數字濾波技術、離散變換快速算法和譜分析方法。隨著數字電路與系統技術以及計算機技術的發展，數字信號處理技術也相應地得到發展，其應用領域十分廣泛。數字濾波器 數字濾波器的實用型式很多，大略可分為有限沖激響應型和無限沖激響應型兩類，可用硬件和軟件兩種方式實現。在硬件實現方式中，它由加法器、乘法器等單元所組成，這與電阻器、電感器和電容器所構成的模擬濾波器完全不同[9]。

4.2.1 數字信號處理的主要研究內容

數字信號處理主要研究用數字序列或符號序列表示信號，并用數字計算方法對這些序列進行處理，以便把信號變換成符合某種需要的形式。數字信號處理的主要內容包括頻譜分析、數字濾波與信號的識別等。

數字信號處理中常用的運算有差分方程計算、相關系數計算、離散傅里葉變換計算、功率譜密度計算、矩陣運算、對數和指數運算、復頻率變換及模數和數值轉換等。很多數字信號處理問題，都可以用這些算法加上其它基本運算，經過適當的組合來實現[10]。

4.2.2 測試信號數字化處理的基本步驟

隨著微電子技術和信號處理技術的發展，在工程測試中，數字信號處理方法得到廣泛的應用，已成為測試系統中的重要部分。從傳感器獲取的測試信號中大多數為模擬信號，進行數字信號處理之前，一般先要對信號作預處理和數字化處理。而數字式傳感器則可直接通過接口與計算機連接，將數字信號送給計算機（或數字信號處理器）進行處理[11]。

(1)預處理是指在數字處理之前，對信號用模擬方法進行的處理。把信號變成適于數字處理的形式，以減小數字處理的困難。如對輸人信號的幅值進行處理，使信號幅值與A／D轉換器的動態范圍相適應；衰減信號中不感興趣的高頻成分，減小頻混的影響；

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隔離被分析信號中的直流分量，消除趨勢項及直流分量的干擾等項處理。(2)A／D轉換是將預處理以后的模擬信號變為數字信號，存入到指定的地方，其核心是A/V轉換器。信號處理系統的性能指標與其有密切關系。

(3)對采集到的數字信號進行分析和計算，可用數字運算器件組成信號處理器完成，也可用通用計算機。目前分析計算速度很快，已近乎達到“實時”。

(4)結果顯示一般采用數據和圖形顯示結果。

4.2.3 數字處理信號的優勢

數字信號處理能廣泛應用于現代光電通信中，是因為DSP與模擬信號處理相比，具有以下優點[12]：

(1)信號處理的動態范圍大，有比模擬信大30dB的動態范圍，因而有更高的精度。(2)數字信號處理僅受量化誤差和有限字長的影響，處理過程不產生其它噪聲，具有更高的信噪比。

(3)具有高度的靈活性，能夠快速處理、緩存和重組，可以時分多用、并行處理，還可以靈活地改變系統參量和工作方式，并以利用系統仿真。(4)具有極好的重現性、可靠性和預見性。(5)算法具有直接的可實現性。

(6)對白噪聲、非平衡干擾和多徑干擾，可以有相應的最佳化的實現方法去進行特有的信號處理。

以上優點是DSP(數字信號處理)在現代光電等通信中應用的重要保證。

4．3 直接數字頻率合成技術

直接數字頻率合成技術(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)，是從相位概念出發直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術。和傳統的頻率合成技術相比，他具有頻率分辨率高、頻率轉變速度快、輸出相位連續、相位噪聲低、可編程和全數字化、便于集成等突出優點。DDS將先進的數字處理技術與方法引入信號合成領域，成為現代頻率

2廣東技術師范學院本科畢業論文（相位法激光測距的理論設計）

圖4.4 改進的數字測相框圖

Fig.4.4 The improvement numeral measures the diagram

改進的測量系統與原測量系統相比主要有以下區別：

1)主頻率信號與參考頻率信號都由直接數字頻率合成器(簡稱DDS)產生，這種方法不僅輸出頻率的分辨率高，而且可以通過編程改變輸出頻率，很容易改變光尺,提高測距的精度。

2)經過混頻、低通濾波器后的2 路信號進入模數轉換電路(ADC)，由DSP 控制在同一時刻啟動2 路ADC 進行數據采集,并由DSP利用數字相關檢測的方法測量相位差,得到距離值。

由于DSP 具有強大的實時處理特點和DDS 器件的寬帶特性,可將DSP 和DDS 結合起來設計的一種新的激光測距方法。利用DSP 和DDS 器件產生一定帶寬范圍內的任意頻率f ,在這任意頻率中,用一定的掃頻方法,找到相鄰的兩個使相位法激光測距的基本公式:L =mc/2f+Δφ/2πc2f 式中Δφ = 0的頻率fs1整和fs2整計算L[14]。其系統結構框圖為圖4.5所示。

圖4.5 基于DDS 和DSP 的激光測距機結構圖

Fig.4.5 Based on DDS and DSP laser range finder structure drawing

415-廣東技術師范學院本科畢業論文（相位法激光測距的理論設計）

圖4.6 DSP 內部的軟件流程圖 Fig.4.6 DSP interior software flow chart

4．5 數字相關檢測的原理及在本系統中的實現

互相關函數可以理解為2個信號的乘積的時間平均,這是一個很有用的統計量,一方面它可以用來了解2個未知信號之間的相似程度,或者2個已知信號的時間關系，另一方面它有很強的抗噪聲能力，這是因為噪聲信號的相關系數幾乎為零,在微弱信號中經常使用相關檢測的方法提取有用的信號[16]。信號x(t)和y(t)的互相關函數的嚴格定義如下：

式中: T 是平均時間,如果x(t)和y(t)是周期為T0 的周期信號,則只需要在它的1 個周期里作相關計算即可,即

, 通常直接稱為時差, T 為采樣時間間隔。

在本系統中為了分析方便, 先在模擬域中分析,由上面的分析可知經過混頻器和低通濾波器輸出的信號分別為[17]：

E1 = Dcos[(wsw0)t + φ] + n2(t)。

式中: n1(t)和n2(t)分別是隨機噪聲干擾項.由互相關的定義可知,信號E1 與E2 的互相關函數應是φ的函數,其表達式如下:

式中: T1 為差頻信號的周期,由于隨機噪聲的相關性較差,由式(1)可得： R12(φ)= DEcosφ/2。(2)由式(2)可知, 要想得到相位差φ, 必須要知道D 和E 的值, D 和E 的值受外界的干擾比大,所以相關運算要做歸一化處理.。經過模數轉換電路的2 路信號分別表示為：

E1(n)= Dcos[(wsw0)n T + φ] + n2(n T)。在數字域內的相關函數為：

r12(φ)=1/N ∑E1(n)E2(n)。信號E1(n)和E2(n)的均方根值為：

除非輸入信號幅度非常小，否則FFT運算結果可能導致溢出，為防止溢出的發生，FFT運算提供了歸一化功能（可選擇），就是輸出結果被運算長度N所除。在FFT

71819300。

021-

第五篇：輸電線路激光掃描介紹

輸電線路激光掃描作業

一、基本流程

1、準備工作

確定掃描范圍，申請航線和空域，收集作業區域的已有測繪資料，布設GNSS控制網，內業解算獲取控制點坐標，為下一步進行細部點數據采集提供基準數據。

2、外業數據采集

以直升機或無人機為作業平臺，利用激光掃描儀和高清相機對輸電線路走廊進行掃描和拍攝，獲取原始坐標點云和影像。

3、數據處理（1）數據預處理

對原始數據進行解碼，獲取GPS數據、IMU數據、激光測距數據等；根據POS數據制作各影像外方位數據；將同一架次的POS數據、地面基站觀測數據、設備檢校參數、基站控制點數據和激光測距數據等進行整理，解算點云數據；解壓影像數據文件，解壓結果為TIFF影像數據文件。

（2）點云分類：對激光點云數據進行自動過濾，將植被、建筑物、電力設施等地物數據與地表數據進行分離，實現對地表數據的提取，結合人工交互編輯處理對點云進行精細分類；（3）經過精細分類后地面激光點云生成DEM模型；（4）獲取正攝影像圖、數字線劃圖等測繪產品。

4、三維建模

利用專業軟件建立輸電走廊的三維可視化模型

5、數據分析

基于三維高精度的基礎地理及輸電線路屬性信息，實現輸電線路走廊內各類信息的分類管理，結合輸電線路運行規范，能對輸電線路及線下走廊環境進行危險點檢測分析，實現在不同工況條件下對輸電線路及走廊通道安全距離的監控及預警。

實現故障點區段走廊樹障隱患、地形地貌、高大建筑物等安全距離的自動檢測和預警，桿塔類型、設備屬性等信息在三維管理平臺上進行三維全景直接顯示、定位、查詢功能，為輸電線路故障分析判斷、應急搶險方案的制定提供強有力的技術保障。

實現自定義天氣條件下，可模擬不同工況下導線對地表、植被、交叉跨越、建筑物的距離檢測。

6、形成工程用圖———2D平面圖、正面圖、斷面圖，輔助輸電線路勘測設計，優化桿塔排位。

二、人員及設備要求

1.測繪外業人員，要求熟悉測量規范，能熟練操作GNSS設備，會布設GNSS控制網，并能利用高精度平差軟件對控制網進行解算，獲得高精度控制點坐標。

2.內業人員，要求熟悉激光掃描作業內業數據處理流程，能熟練使用三維建模軟件及遙感影像處理軟件。

3.設備：掃描儀、高清相機及相關配套軟件。

三、難點及制約因素

1.資質問題，需要有航空攝影乙級資質，我司目前沒有。

2.相關業務經驗缺乏，目前還需要以業務外包形式與有相關技術的廠家展開展開合作。