1、 答辯人： 李 陽 專 業：通信11-4 學號： 11101060427 指導教師：牛長流激光測距系統的設計與實現 論文開題答辯選題目的及意義國內外研究現狀研 究 內 容測 量 原 理1234參 考 資 料進 度 安 排56激光測距系統的設計與實現選題背景 在各個應用領域中，隨著我國科學技術的日益發展，對距離量的測量要求愈來愈高。為了追求測量范圍高和測量精度高的結合，人們不停的研究新的測量方法。20世紀激光技術作為最重要的發明之一與原子能、半導體及計算機齊名。三十多年來，以激光器為基礎的激光技術在我國迅速發展，導致了光學及其應用技術的巨大革命。意義 在軍事領域，隨著低截獲概率雷達在戰場上應用優

2、勢日益明顯 ，對低截獲雷達的研究也日益廣泛，雷達對目標的探測能力主要表現在雷達威力上由其發射的平均功率決定，連續波雷達的發射功率電平就比同樣平均功率的脈沖雷達的峰值功率低，因此，同樣戰場環境下，連續波雷達被偵察到的概率就遠遠小于脈沖雷達，可以大大提高戰場生存能力。建筑業應用軟件 國外現狀 自1961年美國休斯飛機公司研制成功世界上第一臺激光測距機之后，激光測距技術發展迅速，在戰場上廣泛應用，對軍隊的作戰和訓練產生了革命性的影響。研究最早的是芬蘭奧魯大學電器工程系和芬蘭技術研究中心，研究內容從各分系統到整機及其應用，并且與美國、俄羅斯幾家著名公司聯合開展了應用研究，其產品涉及工業、航天、海洋及機

3、器人視覺等許多方面。美國有許多家著名公司開展了這方面的研究，Schwartz EleetroOptics公司為美國國家數據中心研制了激光海浪測量裝置，用于無人看守的海浪測量站為美國聯邦政府高速公路管理局研制了激光自動探測系統，用于車輛速度和高度的測量，提高了交通效率還為軍方研制了直升機防撞告警裝置，等等 國內樣機的研究始于20世紀80年代，是在固體、氣體激光測距機的基礎上發展起來的。目前，基礎技術已具備，主要是解決工程應用問題，開發各種應用產品，航天科工集團八三五八所研制出200m測程的測距儀，精度05m，重復頻率100k；中科院上海光機所研制出便攜式激光測距機，對漫反射水泥墻的測距達100m

4、，采用300MHz技術方式，測距精度05m，重復率lkHz；中國計量學院信息工程系光電子所與國外合作開發了低價、便攜半導體激光測距機，作用距離lkm，精度士1m，采用4M晶振，線性時間放大技術。常州萊塞公司研制了作用距離200m測距精度O5的半導體激光測距機，等等國國內內研研究究現現狀狀激光測距的種類介紹：1.脈沖測距法：目前，脈沖激光測距獲得了廣泛的應用，如地形測量、導彈運行軌道跟蹤以及人造衛星、地球到月球距離的測量等。脈沖激光測距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(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。其基本原理是：在測距點向被測

5、目標發射一束短而強的激光脈沖，光脈沖發射到目標上后其中一小部分激光反射到測距點被光功能接收器所接收。2.相位測距法相位法激光測距是用連續調制的激光光束照射被測目標，通過測量光束往返中產生的相位變化，換算出被測目標的距離，這種相位式激光測距法相對誤差僅有百萬分之一，在幾千米的距離上誤差只有幾毫米。3.調頻連續波激光測距主要是通過發射一頻率連續可調的激光，測量接收到激光的頻率來推算距離。所發射的激光調制頻率為時間的函數，這樣通過測量回波激光調制頻率和當前發射激光調制頻率即可得到激光飛行時間，進而得到目標物距離。實物圖 原理圖Chirp信號是一種非平穩的正弦波信號如圖3 (a)所示，該信號在時頻坐標

6、中呈現鋸齒形的特點，即信號的頻率隨時間線性增加至最大值，然后又回到初始頻率，繼續隨時間線性增加。如圖3 (b)所示為該信號的時域波形示意圖。圖3.鋸齒形線性調頻信號測量原理： LFMCW激光測距儀依據回波信號與發射信號的差頻，對靜止目標進行距離的測量，如圖4所示，實線為發射信號的時頻曲線，虛線為經理想目標反射的回波信號的時頻曲線，因激光的傳輸需要一定的時間，使得發射信號與回波信號之間存在一定的頻率差值。線性調頻信號的初始頻率為f0，掃頻帶寬為B，掃頻周期為T，信號往返于目標與測距儀所需的時間為。線性調頻發射信號的表達式為：S1（t）= A0cos(2f0t +kt2 + 0 ),0tT (1)

7、式中：A0為發射信號的幅度；k=B/T為掃頻斜率；0為初始相位。發射信號的瞬時頻率表達式為： 對于距離為R的目標，相對發射信號，回波信號的時延為 式中，C為光速?；夭ㄐ盘柕谋磉_式為：其中， 為衰減系數。因此，回波的瞬時頻率為：發射信號與回波信號混頻后，經過低通濾波器得到的中頻信號在 tT的表達式為：故中頻信號為一正弦信號，其頻率為：將k=B/T與（3）式代入（7）式中得到目標的距離表達式為：1 調頻波探測性能分析程受浩，王彥平，劉華，徐德華 (北京 理工大學，北京100081) 2 線性調頻連續波激光測距儀原理及性能分析,陳峰，張曉永， 尚生華(總裝備部武漢軍事代表局駐焦作地區軍事代表室，河南

8、焦作454001)3 線性調頻連續波激光雷達測量方法研究,曾朝陽、張曉永、賈鑫 ( 1 裝備指揮技術學院光電裝備系, 北京101416; 2 武漢軍事代表局駐焦作地區代表室, 河南焦作454001)4 線性調頻連續波激光雷達探測原理分析，張曉永，陳峰，李曉慶 ( 總裝備部武漢軍事代表局駐焦作地區軍事代表室， 河南焦作454001)5 線性調頻連續波激光雷達信號處理研究，張海洋, 趙長明, 楊蘇輝, 符銘鑠6 Palorvi P，Ruotsalainen T， Kostamovara J. A new approach to avoid walk error in pulsed laser ra

9、nge findingJ .IEEE. In-term. Sympos. On Circu and System Pro，1999(1):258-261.7 M L Simposon, M J Paulus. Discriminator design considerations for time-interval measurement Circmts in collider detector sys-terns J. IEEE Trans. Nuel. Sci，1998,45(1) :98一104.主主要要參參考考文文獻獻進度安排第12周：收集參考資料、翻譯外文資料第34周：撰寫開題報告，準備開題答辯第5周：查閱、翻譯外文資料第6周：學習protel等軟件第78周：C語言及其它硬件語言方面參考資料的學習和整理第913周：軟、硬件設計及激光發射電路驅動和仿真第14周：整理設計資料第15周：