脉冲式激光测距望远镜设计

发布时间：2020-08-09 01:02

【摘要】：民用激光测距望远镜有着广阔的发展和应用前景,因此成为国内外许多公司的研发重点。目前市场上已有的国产激光测距望远镜普遍存在测量精度较低的问题。因而,设计一款小型轻便、高精度、操作方便的激光测距望远镜具有重要的工程应用价值。本文围绕高精度脉冲式激光测距望远镜的光学系统和测距电路系统的设计开展研究,主要研究内容如下:首先,全面分析了激光测距望远镜国内外发展现状和存在问题,比较了相位法激光测距和脉冲法激光测距的优缺点。在此基础上提出了激光测距望远镜系统总体设计方案。其次,依据光学设计原则设计了激光测距望远镜的光学系统。主要包括望远镜系统、激光发射光学系统和激光接收光学系统。考虑到激光测距望远镜小型化的要求,设计中加入复合棱镜,缩短光学总长的同时将光线转折,实现激光接收光学系统和望远镜系统共用物镜。通过对设计的光学系统做像质评价,表明测距望远镜的光学系统成像质量和像差均满足设计要求。再次,完成了激光测距硬件电路和相关软件设计。测距硬件电路主要包括激光发射模块,激光接收模块,时刻鉴别模块及时间间隔测量模块。其中激光器选用脉冲激光二极管产生激光脉冲,光电探测器选用APD雪崩光电二极管接收回波信号,选用高精度时间测量芯片TDC-GP22测量时间间隔,选用STM32作为主控芯片,实现对TDC芯片的控制。在Keil软件里用c语言编写程序,实现单片机对时间测量芯片的配置以及对测量数据的处理,并将测量数据在上位机上显示。最后,搭建了实验平台,验证系统的稳定性和精度。实验结果表明本文设计的激光测距系统测程在500m时精度优于±0.5m,基本实现了手持激光测距望远镜高精度、小型轻便的设计要求。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH743;TN249
【图文】：

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美国图帕斯 200 测距望远镜，其中短程精度已经可以达到 0.3m。表 1.1 是目前上在中短程测距具有代表性的激光测距望远镜产品。从表中可以看出目前国外光测距望远镜在中短程精度较高，发射光源一般采用 905nm 的近红外半导体激表 1.1 国外脉冲激光测距产品参数对比品牌测量范围/m 精度/m 激光峰值波/nm博士能 4-700 ±0.5 905图帕斯 6-600 ±0.3 905欧尼卡 3-600 ±0.3 905艾普瑞 5-500 ±0.2 905图 1.1 是目前处于激光测距望远镜行业比较领先的博士能最具性价比的中短程望远镜，携带方便，测程为 600m，是博士能最为经典的机型之一。图 1.2 的图测距望远镜在市场上也占很大份额，这款测距范围 10m-500m，精度为±0.5m， 1450 元。

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图 1.3 双筒激光测距望远镜图 1.4 单筒激光测距望远镜状况光测距仪的研究于 20 世纪 80 年代开展，上海光机所研制的半导体半导体激光器，波长为 800-900nm，测距仪测量范围为 10-100m，精年，航天三院 8357 研究所研制出一套激光测距系统，有效测程为 2.5m，重复频率 100Hz[9]；中国计量学院信息工程系光电子所与国外机具有便携、低成本、小功率的优点，激光脉冲峰值波长为 905nm脉宽 25ns，测距能力为 14-1000m，精度优于±1m，但在小型化、面还存在不足[9]。上海技术物理研究选用 TDC-GP1 来测量时间，提高了测距能力和中科院研究的采用时幅转换法的激光测距系统，精度±5mm，处于年，中国计量学院通过把恒定比值时间鉴别法和时间放大技术结合有精度高、体积小的优点[11]；2009 年军事交通学院创新利用高精度[12]

【参考文献】