激光测距的原理.doc

激光在大气中的传播及应用激光的应用，按照激光探头是否与激光作用的物质接触，分为接触式和非接触式两种工作模式。激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术激光传感器所能解决其它技术无法解决的问题：激光传感器可用于其它技术无法应用的场合。例如，当目标很近时，计算来自目标反射光的普通光电传感器也能完成大量的精密位置检测任务。但是，当目标距离较远内或目标颜色变化时，普通光电传感器就难以应付了。 虽然先进的背景噪声抑制传感器和三角测量传感器在目标颜色变化的情况下能较好地工作，但是，在目标角度不固定或目标太亮时，其性能的可预测性变差。此外，普通光电三角测量传感器一般量程只限于0.5m以内。 超声波传感器虽然也经常用于检测距离较远的物体，而且由于它不是光学装置，所以不受颜色变化的影响。但是，超声波传感器是依据声速测量距离的，因此存在一些固有的缺点，不能用于以下场合。 （1）待测目标与传感器的换能器不相垂直的场合。因为超声波检测的目标必须处于与传感器垂直方位偏角不大于10角以内。 （2）需要光束直径很小的场合。因为一般超声波束在离开传感器2m远时直径为0.76cm。 （3）需要可见光斑进行位置校准的场合。 （4）多风的场合。 （5）真空场合。 （6）温度梯度较大的场合。因为这种情况下会造成声速的变化。 （7）需要快速响应的场合。 而激光传感器能解决上述所有场合的检测。本文主要讲述激光在大气中的传播及激光的测距和制导应用。空气中的各种微粒都会对在其中传播的光产生或吸收、或反射、或折射等情况，从而使光通过时发生衰减，这种衰减因光波波长不同会有差别（例如普通玻璃对紫外线的衰减就较大），激光也是光，同样会受到悬浮于空气中的微粒的影响，当微粒越多，或越大时对在其中传播的激光的衰减就越大，如果说，光源发出的光照射到某距离的单位表面上，光线强度几乎为零时，该光源的光只能传到此距离，那么大部分情况下，因光源发射的光线是发散的，光照射到的面积与距离的平方成正比，所以即使没有其他因素影响，受光照的表面单位面积上光强度与表面离光源的距离的平方成反比，光照度迅速下降，这是一般光源“光传不远”的主要原因；而激光发生器很容易产生方向性极好，即几乎平行的光线，“不管照到多远，也只照着一样大的面积”，光照表面光强度几乎不受距离影响。这使产生“激光比普通光传播距离远”的看法。或许可以说，平行光使光能集中前进，所以比能量向四面八方的光线走得更远。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分为连续激光器和脉冲激光器。氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；双异质砷化镓半导体激光器，用于红外测距；红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。激光测距的原理与无线电雷达相同，将激光对准目标发射出去后，测量它的往返时间，再乘以光速即得到往返距离。由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于测远距离、判定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度等都是很关键的，因此激光测距仪日益受到重视。在激光测距仪基础上发展起来的激光雷达不仅能测距，而且还可以测目标方位、运运速度和加速度等，已成功地用于人造卫星的测距和跟踪，例如采用红宝石激光器的激光雷达，测距范围为5002000公里,误差仅几米。目前常采用红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化镓激光器作为激光测距仪的光源。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。脉冲法测距的过程是这样的：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是一般是在+/- 1米左右。另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。激光制导是60年代才开始发展起来的一种新技术。目前已出现激光半主动制导和激光驾束制导的空对地、地对空导弹以及激光制导航空炸弹。激光驾束和激光半主动制导已应用于反坦克导弹技术中。激光制导包括激光寻的制导和激光驾束制导。在激光寻的制导中又包括主动寻的制导、半主动寻的制导和被动寻的制导3种形式。激光制导的基本原理是：用激光器发射激光束照射目标,装于弹体上的激光接收装置则接收照射的激光信号或目标反射的激光信号,算出弹体偏离照射或反射激光束的程度,不断调整飞行轨迹,使战斗部沿着照射或反射激光前进,最终命中目