二分束三角法激光测距研究

摘要

激光三角法测距是一种重要的非接触测量方法，已经越来越广泛地应用在生产生活和国防建设等许多领域。本文研究了基于二分束比的三角法激光测距，旨在解决因外界环境干扰引起的测距精度下降和传统的三角法测距系统不易小型化的问题，同时制作出基于此方法的激光测距仪。
　　 本文对影响三角法激光测距精度的多个因素进行了详细讨论，主要因素有：物象映射关系的非线性、被测表面的特性、光学系统的像差、大气传输特性等。针对激光三角法测距存在的主要问题，提出二分束法来降低环境因素导致的影响。
　　 传统的三角法激光测距系统都会采用较为复杂和体积大的PSD或CCD结构，不利于三角法测距的小型化，同时对外界环境的抗干扰性差。本文采用双PIN管探测器作光电检测单元，来实现光束的二分束，可以大大简化结构，使测距仪小型化，同时具有较强的抗干扰性。
　　 二分束三角法激光测距，是利用光度学和高斯光束理论，推导出二分束的光功率比与待测距离及发射角的关系，并通过数值积分计算获得其关系图，进而通过测量分束的光功率计算出目标距离。
　　 本方法具有结构简单、尺寸小、精度高、对目标物颜色深浅不敏感等的优越特性，具有良好的应用前景。结合工程实际，通过测距仪实物的研制，达到了工艺参数的要求，效果良好，很好地满足了合作方的需求。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 激光测距发展历程概述[1-5]

1.2 激光测距技术

1.2.1 脉冲测距[7-8]

1.2.2 相位激光测距[11-14]

1.2.3 三角法激光测距

1.2.4 干涉法激光测距

1.3 发展趋势[20-22]

1.3.1 人眼安全23-25]

1.3.2 小型化、标准化和组件化

1.3.3 与其他光电仪器集成化

1.3.4 研制远程激光测距机

1.4 本文主要内容和工作及研究意义

第2章 三角法激光测距

2.1 概述

2.2 激光三角法测距基本原理

2.2.1 单点式激光三角法位移测量原理

2.2.2 单点式激光三角法面形测量原理

2.3 影响激光三角法测量精度的因素分析

2.3.1 物象映射的非线性关系的影响

2.3.2 被测物体表面特性的影响[43]

2.3.3 光学系统的像差

2.3.4 大气传输特性[47]

2.4 激光三角测距主要问题及相应的解决方法[48]

2.4.1 传感器系统方面

2.4.2 被测物体方面

2.4.3 外界环境影响方面

第3章 二分束三角法测距

3.1 二分束三角法测距原理

3.2 光学系统

3.2.1 发射光源

3.2.2 激光传输特性一高斯光束

3.2.3 接收光学系统

3.3 背景噪声与光功率计算

3.3.1 背景噪声

3.3.2 接收光功率模型的建立及计算

3.3.3 光功率比

第4章 数值计算及结果分析

4.1 光功率比与物距和发射角的关系

4.2 光功率比与物距和探测器距离关系

4.3 光功率比与物距和两透镜距离的关系

4.4 光功率比与物距和接收透镜焦距的关系

4.5 光功率比与物距和接收透镜孔径的关系

第5章 工程制作

5.1 机械结构的实现

5.2 机械设计

5.3 LD光源

5.4 光路设计

5.5 实物

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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