激光測(cè)距技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及原理

李宗蔚

湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院

1 引言

國(guó)內(nèi)外在20世紀(jì)70年代初的一些測(cè)量?jī)x器開始采用了激光技術(shù)。第1代激光測(cè)距系統(tǒng)是光電倍增管探測(cè)器和紅外寶石激光器構(gòu)成的。但是由于占地面積廣、重量重、耗費(fèi)電量多等缺點(diǎn)而被第2代測(cè)距系統(tǒng)取代。第2代激光測(cè)距系統(tǒng)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(cè)距系統(tǒng)相比，第二代的激光測(cè)距系統(tǒng)的體積較小，因此其應(yīng)用較為廣泛，發(fā)展較快，在上世紀(jì)70年代之后，激光器技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，在很多中場(chǎng)遠(yuǎn)程的雷達(dá)應(yīng)用中，激光器功不可沒，但是其對(duì)于人眼有一定的損傷，同時(shí)兼容性較差，所以在發(fā)展過程當(dāng)中被第三代系統(tǒng)代替，第三代激光射測(cè)距系統(tǒng)安全性更好，同時(shí)體積小，耗電量低，能夠在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高精度測(cè)量，在很多西方國(guó)家的測(cè)距系統(tǒng)擁有著不同的用途，比如二維和三維平面等，結(jié)合其他測(cè)距措施進(jìn)行綜合性的判斷，可以準(zhǔn)確的進(jìn)行定位，激光系統(tǒng)在很多國(guó)外的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)有了規(guī)?；陌l(fā)展。

可以說，在起步的階段，我國(guó)的激光技術(shù)迅速發(fā)展，在技術(shù)上都已接近國(guó)際先進(jìn)水平。在激光測(cè)距方面的研究，我國(guó)于1972年成功的研制出了JCY-1型精密氣體激光測(cè)距機(jī)，第二年，推出了JCY-2型。2005年，清華大學(xué)趙大龍、秦來貴等人對(duì)激光測(cè)距機(jī)的接受問題做了初步分析，并提出了自觸發(fā)測(cè)距的方案，減少了測(cè)距所帶來的誤差。2007年，中國(guó)科學(xué)院上海物理研究所采用了專用的時(shí)間間隔測(cè)量芯片TDC-GP1，不僅增加了測(cè)距范圍，提高了測(cè)量精度，還便于控制和使用。但是這個(gè)系統(tǒng)只能是檢測(cè)出當(dāng)前區(qū)域內(nèi)是否有相關(guān)的對(duì)象存在，但是對(duì)其他信息無法進(jìn)行有效的分析，國(guó)內(nèi)的技術(shù)還不夠完善，因此，距離工業(yè)自動(dòng)化的大規(guī)模應(yīng)用還是有較大的差距。在我們對(duì)其進(jìn)行使用時(shí)，還是有各種各樣的問題需要注意。與國(guó)外發(fā)展的情況相比，國(guó)內(nèi)對(duì)于激光測(cè)距系統(tǒng)備的研究還是較為緩慢的。

2 激光測(cè)距技術(shù)的基本原理

2.1 相位法

相位法是通過向目標(biāo)發(fā)射連續(xù)的調(diào)制脈沖，并通過比對(duì)發(fā)射信號(hào)與接受信號(hào)之間的相位差來判斷目標(biāo)的距離。但是，對(duì)于目標(biāo)的距離大于測(cè)量距離時(shí)將會(huì)出現(xiàn)多重結(jié)果。僅當(dāng)相位差小于2π時(shí)有唯一值。并且僅當(dāng)脈沖頻率高時(shí)誤差才會(huì)降低，但相應(yīng)的測(cè)量距離就會(huì)下降，因此本方法有較大的局限性。激光測(cè)距系統(tǒng)可以用相位法的方式，來對(duì)目標(biāo)的距離信息進(jìn)行預(yù)測(cè)與管理，實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)的高效生產(chǎn)。激光測(cè)距系統(tǒng)可以通過過去的信息，來對(duì)將來的發(fā)展情況進(jìn)行預(yù)期，同時(shí)可以高效的進(jìn)行整體化的優(yōu)化與安排，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。激光測(cè)距系統(tǒng)可以利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同來為客戶的需求進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)工業(yè)問題處理的輔助決策。激光測(cè)距系統(tǒng)是較為復(fù)雜的系統(tǒng)，而且它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫管理運(yùn)籌方面的高尖端技術(shù)，是一門交叉程度非常高的學(xué)科，它可以為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理與相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與處理，提供一定的依據(jù)。激光測(cè)距系統(tǒng)主要可以用計(jì)算機(jī)來對(duì)于各種情況進(jìn)行模擬分析，通過以前的數(shù)據(jù)來對(duì)未來的情況進(jìn)行輔助判斷，這就有利于對(duì)工程情況進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效運(yùn)行。激光測(cè)距系統(tǒng)主要以人為主體，利用計(jì)算機(jī)的硬軟件相結(jié)合，對(duì)于信息進(jìn)行收集與加工，以使得其能夠滿足我們的安全需要，避免風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 脈沖法

脈沖法通過計(jì)算發(fā)射脈沖與接受脈沖的時(shí)間差來計(jì)算目標(biāo)距離的。雖然測(cè)量精度較相位法要低，但是脈沖激光測(cè)距法卻有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，在兩種方法的總平均功率相同的情況下，脈沖激光測(cè)距法可以產(chǎn)生瞬間的大功率，從而使得接收信號(hào)足夠強(qiáng)，相較而言測(cè)量距離就相應(yīng)的增大。第二，在一般情況下，脈沖測(cè)距法的測(cè)量速度快，而相位法由于需要比較信號(hào)之間的相位差，因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，不適合高頻率的測(cè)量。第三，脈沖式測(cè)距法安全性和隱蔽性好。激光測(cè)距中的脈沖技術(shù)由于其重要價(jià)值受到了極為廣泛的關(guān)注，由于在整個(gè)激光測(cè)距系統(tǒng)中脈沖技術(shù)屬于特別重要的組成，這一技術(shù)可以使得己方軍事目標(biāo)擁有著特別強(qiáng)的防范能力，尤其是在最近幾年時(shí)間以來迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)的背景下，那么圖像識(shí)別還會(huì)朝著智能分析、高清晰領(lǐng)域發(fā)展。要想確保建設(shè)起來的激光測(cè)距系統(tǒng)擁有一定程度可靠性與完整性，需要將這一技術(shù)進(jìn)行發(fā)展與強(qiáng)化，有效地保護(hù)重點(diǎn)部位與要害部位，能夠?qū)l(fā)生對(duì)抗風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防能力有效提升。

計(jì)算平臺(tái)的組成是各種設(shè)備資源等系統(tǒng)的磁盤陣列、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施，其職責(zé)就是將安全、可靠、穩(wěn)定、有效數(shù)據(jù)來源提供給綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)。主要是指各種類型的安全數(shù)據(jù)交互中間件、關(guān)系數(shù)據(jù)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(tǒng)、多媒體協(xié)議、數(shù)據(jù)庫，使得所存在的差異得到屏蔽，讓上層應(yīng)用平臺(tái)無關(guān)性實(shí)現(xiàn)，將運(yùn)行系統(tǒng)效率與系統(tǒng)兼容性有效提升。

3 總結(jié)

在現(xiàn)階段持續(xù)深化的戰(zhàn)備改革發(fā)展背景下，針對(duì)十分突出的形勢(shì)，應(yīng)對(duì)面臨的各種發(fā)展不穩(wěn)定因素，應(yīng)該在創(chuàng)新進(jìn)程中持續(xù)強(qiáng)化激光測(cè)距。強(qiáng)化防護(hù)責(zé)任，這是建立安全環(huán)境的需要，也是強(qiáng)化安全防護(hù)的客觀需要，彰顯出當(dāng)前強(qiáng)化安全防護(hù)技術(shù)手段迫切性與必要性。怎樣根據(jù)被保護(hù)目標(biāo)的特征，將安全防護(hù)設(shè)施的智能跟蹤、高清監(jiān)控、快速處置、智能分析、高清監(jiān)督等作用有效發(fā)揮出來，怎樣持續(xù)性提升反偵測(cè)能力，這值得我們當(dāng)前做出更為深入的探索。

[1]吳慶生.基于時(shí)差法的激光測(cè)距方法與應(yīng)用[D].東北石油大學(xué)，2014.

[2]遲婷婷.連續(xù)波激光雷達(dá)測(cè)距新方法的研究[D].天津理工大學(xué)，2013.

[3]樊玉贏.激光測(cè)距儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理方法研究[D].天津理工大學(xué)，2013.