激光近程动态测距技术研究
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摘要
激光近程动态测距技术是国防急需的关键技术之一，在民用领域也有广泛用途。文中在对激光测距技术深入研究的基础上，指出现有动态测距体制普遍存在结构复杂、测距精度不高、测距精度易受目标特性影响等缺点并分析了激光脉冲测距和相位测距法应用于近距离动态测距时存在的困难。为克服这些问题，论证了近程动态三角法多点成像定位测距的可行性，导出了三角法多点成像定位测距的分辨能力与各光学系统之间的相对位置、结构参数之间的关系式，提出了激光近程动态三角法多点成像定位测距的原理设计方案，完成了接收光学系统与发射光学系统、信号处理电路的设计。实验室条件下的模拟实验结果与理论分析相一致。
Real-time laser short range finding is a key technique for military uses and can also be widely used in commercial applications. With deep analysis of laser range finding techniques, disadvantages of current method for real-time short range finding are given out which includes too much complicated structures, long measuring time inadequate precision and sensitivity to the reflectivity of the target. Pulsed time of flight and phase shift methods are also found unsuitable for real-time short range finding. In order to solve these problems, feasibility of triangulation method for real-time short range finding is discussed, the relationship between distance resolution and optical structure and parameters is derivated, and design precept of the measuring system is introduced subsequently including laser transmitting devices, receiver optics and signal process circuits. The experimental demonstrations coincides with theoretical prediction.
Real-time laser short range finding is a key technique for military uses and can also be widely used in commercial applications. With deep analysis of laser range finding techniques, disadvantages of current method for real-time short range finding are given out which includes too much complicated structures, long measuring time inadequate precision and sensitivity to the reflectivity of the target. Pulsed time of flight and phase shift methods are also found unsuitable for real-time short range finding. In order to solve these problems, feasibility of triangulation method for real-time short range finding is discussed, the relationship between distance resolution and optical structure and parameters is derivated, and design precept of the measuring system is introduced subsequently including laser transmitting devices, receiver optics and signal process circuits. The experimental demonstrations coincides with theoretical prediction.
引文
1 谭显裕．脉沖激光测距仪的发展及军用前景．光电子技术与信息．1996，vol．9，No．3：5-10
2 张承铨．国外军用激光仪器手册．第1版．北京：兵器工业出版社，1989
3 国外军用激光仪器手册．第1版．北京：兵器工业出版社，1989
4 何平．激光近炸引信的改进设计．现代引信．1996(4)：24-30
5 谭显裕．激光雷达测距方程研究．电光与控制．2001(1)：12-18
6 陈千颂，杨成伟，潘志文，霍玉晶．激光飞行时间测距关键技术进展．激光与红外．2002，vol．32，No．1：7-10
7 戴立铭．激光三角测量传感器的精密位移测量．仪器仪表学报．1994，vol．15：400-404
8 王德，李学千．半导体激光器的最新进展及其应用现状．光学 精密工程．2001，vol．9，No．3：279-283
9 江剑平．半导体激光器．第1版．北京：电子工业出版社，2000
10 崔兆云，曾晓东，安毓英．LD光场柱透镜准直技术研究．激光杂志．2003，vol．24，No．4：14-15
11 唐圣彪，屠大维．激光同步扫描三角测距成像系统的理论分析．测量检测．2001，vol．12，No．6：587-591
12 赵祥模，马荣贵，施维颖．基于PSD的路面粗糙度快速检测方法研究．2004，vol．17，No．2：58-60
13 钱晓凡，吕晓旭，钟丽云，黄守江．提高激光三角法测量精度的新方法．激光杂志．2000，vol．21，No．3：54-55
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16 彭愿洁，吕百达．激光束的分类．激光技术．2003，vol．27．No．5：463-465
17 张处武，胡学同．精密相位激光测距仪的设计．激光杂志．1998，vol．19，No．6：39-42
18 陈炳林，张河，纪铁刚．基于自动增益控制的激光近炸引信技术．激光杂志．2004，vol．25，No．1：72-73
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38 冯龙龄．脉沖激光测距系统的仿真检测技术．红外与激光工
程．2003，vol．32，No．2：127-129
39 刘峰．脉冲半导体激光测距机的研制及应用．红外与激光工程．2003，vol，32，No．2：118-122
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42 耿素杰，王琳．半导体激光器及其在军事领域的应用．激光与红外．2003，vol．33，No．4：311-312
43 张翼飞，石旭生，邓方林．弹道导弹激光引信测高算法研究．制导与引信．2004，vol．25，No．1：25-29
44 王广生，范卫东．飞机目标激光近场散射特性初步研究．制导与引信．2003，vol．24，No．2：50-54
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46 杨东红，张彦梅．基于DSP的伪随机序列相关系统研究．制导与引信．2004，vol．25，No．1：31-33
47 张辉，朱永，王涌天．基于光纤传输的激光引信仿真系统．红外与激光工程．2003，vol．32，No．6：556-559
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53 薛谦忠，吴振森，李良超，掌亚军．激光引信目标近场散射特性研究．西安电子科技大学学报．2000，vol．27，No．5：594-596
54 吴振森，陈辉．激光引信目标近场散射特性研究．激光与红外．2001，vol．31，No．5：294-297
55 贾晓东，姚宏宝，张全有，陈光，孙宝举．激光引信数据采集处理系统的研制．红外与激光工程．2001，vol．30，No．1：40-42
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59 符薇，陈光，马献华．引信作用方式自适应控制技术研究．红外与激光工程．2002，vol．31，No．1：41-47
60 王金花，陈斐霞．用CPLD电路实现激光引信电路系统小型化设计．红外与激光工程．2000，vol．29，No．4：67-70
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Probe Beam. Optics And Lasers In Eng. 1995, vol. 65, No. 2: 485-491
74 张文伟，申金媛，张延釿．激光三角位移传感器光斑自检法研究．光电子激光．1999，vol．10，No．3：242-244
75 江月松．光电技术与实验．第1版．北京：北京理工大学出版社，2000
76 萧泽新．工程光学设计．第1版．北京：电子工业出版社，2003
77 周炳琨等．激光原理．第4版．北京：国防工业出版社，2000
78 祝杰，戴立明，江潼君．激光三角法测量位移．仪表技术与传感器．1992(1)：18-20
79 张以谟．应用光学．修订本．北京：机械工业出版社，1987
80 童诗白等．模拟电子技术基础．第3版．北京：高等教育出版社，2001
81 阎石．数字电子技术基础．第4版．北京：高等教育出版社，1998
82 杨振江．A/D、D/A转换器接口技术与实用线路．第1版．西安：西安电子科技大学出版社，1996
83 楼然苗等．51系列单片机设计实例．第1版．北京：北京航空航天大学出版社，2003
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30 王莉，张以谟，吴荣汉，余金中．半导体激光器的进展．激光与红外．1999，vol．29，No．5：267-270
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32 孙斌，王小兵，林轶，万强，卢常勇，郭延龙．无靶板消光比法检测激光测距能力的研究．激光技术．2004，vol．28，No．1：82-87
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44 王广生，范卫东．飞机目标激光近场散射特性初步研究．制导与引信．2003，vol．24，No．2：50-54
45 涂建平．基于CPLD的脉冲激光引信信号处理系统．探测与控制学报．1999，vol．21，No．4：30-32
46 杨东红，张彦梅．基于DSP的伪随机序列相关系统研究．制导与引信．2004，vol．25，No．1：31-33
47 张辉，朱永，王涌天．基于光纤传输的激光引信仿真系统．红外与激光工程．2003，vol．32，No．6：556-559
48 王伟，邓甲昊，黄艳，尹君．基于伪随机码的激光引信探测技术．北京理工大学学报．2003，vol．23，No．6：754-758
49 林溪波．激光技术应用综述．上海航天．1996(2)：48-52
50 王日，徐玉滨，孙宝举，孔祥亮．激光探测目标仿真算法研究．红外与激光工程．1999，vol．28，No．3：55-58
51 王德．激光引信及其发展状况．长春光学精密机械学院学报．2001，vol．24，No．1：62-66
52 张荫锡，张好军．激光引信抗环境干扰技术分析．制导与引信．2002，vol．23，No．3：34-40
53 薛谦忠，吴振森，李良超，掌亚军．激光引信目标近场散射特性研究．西安电子科技大学学报．2000，vol．27，No．5：594-596
54 吴振森，陈辉．激光引信目标近场散射特性研究．激光与红外．2001，vol．31，No．5：294-297
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56 赵育良，许兆林，李开端．基于CCD的激光微位移测量系统研究．激光技术．2003，vol．27，No．1：73-75
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60 王金花，陈斐霞．用CPLD电路实现激光引信电路系统小型化设计．红外与激光工程．2000，vol．29，No．4：67-70
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77 周炳琨等．激光原理．第4版．北京：国防工业出版社，2000
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79 张以谟．应用光学．修订本．北京：机械工业出版社，1987
80 童诗白等．模拟电子技术基础．第3版．北京：高等教育出版社，2001
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