激光測距技術國內外發展狀況及原理

李宗蔚

湖北工程學院新技術學院

1 引言

國內外在20世紀70年代初的一些測量儀器開始采用了激光技術。第1代激光測距系統是光電倍增管探測器和紅外寶石激光器構成的。但是由于占地面積廣、重量重、耗費電量多等缺點而被第2代測距系統取代。第2代激光測距系統采用近紅外釹激光器和PIN光電二極管或者雪崩光電二極管。和第一代激光測距系統相比，第二代的激光測距系統的體積較小，因此其應用較為廣泛，發展較快，在上世紀70年代之后，激光器技術已經越來越成熟，在很多中場遠程的雷達應用中，激光器功不可沒，但是其對于人眼有一定的損傷，同時兼容性較差，所以在發展過程當中被第三代系統代替，第三代激光射測距系統安全性更好，同時體積小，耗電量低，能夠在較短時間內進行高精度測量，在很多西方國家的測距系統擁有著不同的用途，比如二維和三維平面等，結合其他測距措施進行綜合性的判斷，可以準確的進行定位，激光系統在很多國外的科研機構已經有了規模化的發展。

可以說，在起步的階段，我國的激光技術迅速發展，在技術上都已接近國際先進水平。在激光測距方面的研究，我國于1972年成功的研制出了JCY-1型精密氣體激光測距機，第二年，推出了JCY-2型。2005年，清華大學趙大龍、秦來貴等人對激光測距機的接受問題做了初步分析，并提出了自觸發測距的方案，減少了測距所帶來的誤差。2007年，中國科學院上海物理研究所采用了專用的時間間隔測量芯片TDC-GP1，不僅增加了測距范圍，提高了測量精度，還便于控制和使用。但是這個系統只能是檢測出當前區域內是否有相關的對象存在，但是對其他信息無法進行有效的分析，國內的技術還不夠完善，因此，距離工業自動化的大規模應用還是有較大的差距。在我們對其進行使用時，還是有各種各樣的問題需要注意。與國外發展的情況相比，國內對于激光測距系統備的研究還是較為緩慢的。

2 激光測距技術的基本原理

2.1 相位法

相位法是通過向目標發射連續的調制脈沖，并通過比對發射信號與接受信號之間的相位差來判斷目標的距離。但是，對于目標的距離大于測量距離時將會出現多重結果。僅當相位差小于2π時有唯一值。并且僅當脈沖頻率高時誤差才會降低，但相應的測量距離就會下降，因此本方法有較大的局限性。激光測距系統可以用相位法的方式，來對目標的距離信息進行預測與管理，實現工業企業的高效生產。激光測距系統可以通過過去的信息，來對將來的發展情況進行預期，同時可以高效的進行整體化的優化與安排，實現自動操作。激光測距系統可以利用計算機硬件和軟件共同來為客戶的需求進行分析，實現工業問題處理的輔助決策。激光測距系統是較為復雜的系統，而且它綜合了計算機技術與數據庫管理運籌方面的高尖端技術，是一門交叉程度非常高的學科，它可以為企業的經營管理與相關風險的識別與處理，提供一定的依據。激光測距系統主要可以用計算機來對于各種情況進行模擬分析，通過以前的數據來對未來的情況進行輔助判斷，這就有利于對工程情況進行規劃，實現設備的高效運行。激光測距系統主要以人為主體，利用計算機的硬軟件相結合，對于信息進行收集與加工，以使得其能夠滿足我們的安全需要，避免風險。

2.2 脈沖法

脈沖法通過計算發射脈沖與接受脈沖的時間差來計算目標距離的。雖然測量精度較相位法要低，但是脈沖激光測距法卻有以下優點：第一，在兩種方法的總平均功率相同的情況下，脈沖激光測距法可以產生瞬間的大功率，從而使得接收信號足夠強，相較而言測量距離就相應的增大。第二，在一般情況下，脈沖測距法的測量速度快，而相位法由于需要比較信號之間的相位差，因此測量時間較長，不適合高頻率的測量。第三，脈沖式測距法安全性和隱蔽性好。激光測距中的脈沖技術由于其重要價值受到了極為廣泛的關注，由于在整個激光測距系統中脈沖技術屬于特別重要的組成，這一技術可以使得己方軍事目標擁有著特別強的防范能力，尤其是在最近幾年時間以來迅猛發展的計算機技術、圖像處理技術的背景下，那么圖像識別還會朝著智能分析、高清晰領域發展。要想確保建設起來的激光測距系統擁有一定程度可靠性與完整性，需要將這一技術進行發展與強化，有效地保護重點部位與要害部位，能夠將發生對抗風險的預防能力有效提升。

計算平臺的組成是各種設備資源等系統的磁盤陣列、數據庫、服務器等基礎設備設施，其職責就是將安全、可靠、穩定、有效數據來源提供給綜合管理平臺系統的應用系統。主要是指各種類型的安全數據交互中間件、關系數據庫等綜合信息資源庫。通過封裝各種類型的安全加密、操作系統、多媒體協議、數據庫，使得所存在的差異得到屏蔽，讓上層應用平臺無關性實現，將運行系統效率與系統兼容性有效提升。

3 總結

在現階段持續深化的戰備改革發展背景下，針對十分突出的形勢，應對面臨的各種發展不穩定因素，應該在創新進程中持續強化激光測距。強化防護責任，這是建立安全環境的需要，也是強化安全防護的客觀需要，彰顯出當前強化安全防護技術手段迫切性與必要性。怎樣根據被保護目標的特征，將安全防護設施的智能跟蹤、高清監控、快速處置、智能分析、高清監督等作用有效發揮出來，怎樣持續性提升反偵測能力，這值得我們當前做出更為深入的探索。

[1]吳慶生.基于時差法的激光測距方法與應用[D].東北石油大學，2014.

[2]遲婷婷.連續波激光雷達測距新方法的研究[D].天津理工大學，2013.

[3]樊玉贏.激光測距儀光學系統設計及數據處理方法研究[D].天津理工大學，2013.