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深度了解激光測(cè)距傳感器

返回列表 來源:驍銳科技 瀏覽:- 發(fā)布日期:2017-12-14 15:09:01【
前面我們了解了幾種首要的測(cè)距/距離傳感器的原理及特色,其間,激光測(cè)距傳感器因其抗干擾才能強(qiáng),精度高的優(yōu)勢(shì),自誕生以來,得到了極大的開展,在各行各業(yè)都發(fā)揮著巨大的效果。
 
1960年世界上第一臺(tái)紅寶石激光器問世不久,以精細(xì)測(cè)距為首要功用的激光測(cè)距技能便隨之誕生了。
 

第一臺(tái)紅寶石激光器
 
經(jīng)過了50多年的開展,其開展大致表現(xiàn)在兩個(gè)方面:首先是運(yùn)用各種新技能和設(shè)備進(jìn)步測(cè)距精度和觀測(cè)數(shù)據(jù)量;其次是進(jìn)步測(cè)距體系的主動(dòng)化程度,減小人力和物力的耗費(fèi)。詳細(xì)為:
 
1、在測(cè)距精度上,從開始的米級(jí)逐步進(jìn)步到分米級(jí)、厘米級(jí),現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的臺(tái)站其測(cè)距精度已能到達(dá)毫米級(jí)。
 
2、在測(cè)距才能上,從開始的最遠(yuǎn)1000~2000km進(jìn)步到2萬km,甚至3.6萬km。激光測(cè)月的完成使測(cè)距才能到達(dá)了38萬km。
 
3、在測(cè)距頻率上,從開始的每秒一次開展到現(xiàn)在每秒1000~2000次,更高頻率的激光測(cè)距(如10kHz測(cè)距)也在試驗(yàn)中。
 
4、在測(cè)距波長(zhǎng)上,現(xiàn)在遍及選用的仍是單色測(cè)距體系,一些臺(tái)站也在運(yùn)用雙色/多色激光測(cè)距體系。雙波長(zhǎng)激光測(cè)距體系不再需求大氣物理參數(shù)和大氣模型的批改,只需丈量結(jié)果自身即可批改大氣推遲,就能到達(dá)更好的數(shù)據(jù)精度。
 
5、在主動(dòng)化程度上,從初期的人工目視盯梢,開展到今天計(jì)算機(jī)操控、主動(dòng)盯梢。
 
激光測(cè)距傳感器在宇宙空間探測(cè)范疇的運(yùn)用
 

激光測(cè)距傳感器


 
空間激光測(cè)距技能在監(jiān)測(cè)大陸板塊運(yùn)動(dòng)、地殼形變、地球自轉(zhuǎn),改善地球重力場(chǎng)和地心引力常數(shù),斷定地球和海洋潮汐改變的規(guī)則,監(jiān)測(cè)空間碎片等方面具有重要效果。它也是當(dāng)時(shí)高精度衛(wèi)星精細(xì)定位觀測(cè)的首要手法之一,是現(xiàn)代各種定位觀測(cè)手法中單點(diǎn)采樣精度最高的一種,是支撐世界地球自轉(zhuǎn)與參閱系效勞(IERS)的技能手法之一。衛(wèi)星激光測(cè)距技能在如下運(yùn)用方面現(xiàn)已取得了明顯的成就,具有寬廣的運(yùn)用遠(yuǎn)景。
 
精細(xì)測(cè)定激光衛(wèi)星的軌跡
 


 運(yùn)用衛(wèi)星的激光觀測(cè)數(shù)據(jù)所斷定的軌跡精度,3天弧段可達(dá)1cm;關(guān)于徑向定軌精度可到達(dá)2~2.5cm。
 
準(zhǔn)確測(cè)定地球引力場(chǎng)模型及當(dāng)時(shí)變性
 
在研討地球質(zhì)心的方位改變進(jìn)程中,激光技能測(cè)定了現(xiàn)在最準(zhǔn)確的地球引力常數(shù)GM,其測(cè)定值為:GM=398600.4415km3/s2;運(yùn)用不同軌跡傾角和高度的激光衛(wèi)星,準(zhǔn)確測(cè)定了地球引力場(chǎng)模型,而且測(cè)定了地球引力場(chǎng)低階球諧系數(shù)的季節(jié)性改變;同時(shí)還得出了地球質(zhì)心方位的周期性改變,包含季節(jié)性和年際改變,最新的測(cè)定值為:J2=-2.6*10-11/年(歷元1986.0);地球引力場(chǎng)的改變反映了地球內(nèi)部及各圈層(包含海洋、大氣、地下水、冰層等)的雜亂運(yùn)動(dòng)和相互效果進(jìn)程,具有重要研討價(jià)值。
 
 
準(zhǔn)確測(cè)定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)
 
地球自轉(zhuǎn)參數(shù)(ERP)界說了地球旋轉(zhuǎn)軸和隨時(shí)刻序列的定向運(yùn)動(dòng)以及在天球參閱框架中的旋轉(zhuǎn)速度。地球自轉(zhuǎn)參數(shù)包含極移和日長(zhǎng)(LOD)改變。運(yùn)用激光測(cè)虎技能測(cè)定的地球極移分量(XP,YP)精度現(xiàn)在已到達(dá)0.1~0.2mas;日長(zhǎng)(LOD)的測(cè)定精度現(xiàn)在已到達(dá)0.1ms。
 


監(jiān)測(cè)全球地殼板塊運(yùn)動(dòng)
 
運(yùn)用激光長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地測(cè)定地上測(cè)站的地心坐標(biāo),高精度測(cè)站坐標(biāo)的解算使得人們監(jiān)測(cè)板塊運(yùn)動(dòng)的希望成為可能。運(yùn)用激光測(cè)距技能取得的數(shù)據(jù),現(xiàn)已估量了40多個(gè)測(cè)站的站速度和站間基線的改變率。如果測(cè)站坐落板塊的剛性部分,則其站速度就代表了板塊運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用測(cè)站基線的改變率和站速度能夠解算板塊間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
 
 
高精度海平面和冰蓋地勢(shì)的丈量
 
激光測(cè)距技能與其他空間技能(如GNSS、雷達(dá)高度計(jì)、SAR等)聯(lián)合運(yùn)用,將可能完成毫米級(jí)精度的海平面和冰蓋地勢(shì)的丈量。
 


空間碎片軌跡斷定和監(jiān)測(cè)
 
運(yùn)用激光測(cè)距技能能夠準(zhǔn)確測(cè)定空間碎片,斷定碎片軌跡方位,為空間碎片監(jiān)測(cè)和空間磕碰預(yù)警體系供給精細(xì)軌跡信息。
 
激光測(cè)距傳感器在軍事范疇的運(yùn)用
 
輕型便攜式脈沖激光測(cè)距儀
 
輕型便攜式脈沖激光測(cè)距儀包含步卒和炮兵偵查用的手持式以及前沿偵查和前沿對(duì)空操控(FAC)雙用處的激光測(cè)距儀—方針指示器。對(duì)上述用處的體系,要求機(jī)動(dòng)靈活、重復(fù)輕、體積小、用電池組作電源、牢靠性和修理性高以及單一產(chǎn)品的本錢低一級(jí)。
 


在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,由以前單一的步卒、炮兵獨(dú)立作戰(zhàn)開展到有步卒、炮兵和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)組成的特種部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn),武器體系也由單一的地炮、高炮逐步選用多功用歸納高技能。因而激光測(cè)距儀也由單一測(cè)距功用的便攜式、手持式開展到激光測(cè)距、紅外瞄準(zhǔn)的晝夜觀測(cè)儀以及激光測(cè)距、方針指示、紅外瞄準(zhǔn)的激光紅外方針指示器等。
 
地上車載脈沖激光測(cè)距儀
 
地上車載脈沖激光測(cè)距儀包含坦克、步卒戰(zhàn)車(IFV)、火控、對(duì)空防護(hù)、火炮或?qū)椫茖?dǎo)火控以及現(xiàn)在開展的地上車載激光測(cè)距儀—方針指示器等。其首要技能功能:最大測(cè)程4~10km,測(cè)距精度±5~10m,方針分辨約20m,重復(fù)頻率0.1~1Hz,束散角0.4~1mrad。
 


激光測(cè)距儀在坦克火控體系中的運(yùn)用是供給彈道軌跡的超仰角批改信息和因逆風(fēng)或方針移動(dòng)引起的方位角校正信息以及間隔信息。步卒戰(zhàn)車首要是運(yùn)用激光測(cè)距儀去丈量方針是否在反坦克導(dǎo)彈的間隔內(nèi),其次用于槍炮火控和對(duì)方針的分選。
 
對(duì)空火炮和導(dǎo)彈防護(hù)脈沖激光測(cè)距儀
 
對(duì)空防護(hù)的脈沖激光測(cè)距儀以及選用了自保護(hù)措施的步卒戰(zhàn)車對(duì)空防護(hù)脈沖激光測(cè)距儀均應(yīng)按火控體系和作戰(zhàn)體系的要求作業(yè),在間隔和間隔速率以內(nèi)對(duì)空中高速機(jī)動(dòng)方針供給安穩(wěn)的盯梢信息和間隔信息,以對(duì)抗配備直升機(jī)、隱身飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈、反輻射導(dǎo)彈的要挾。

這要求激光測(cè)距儀供給比較高的數(shù)據(jù)率(高的激光脈沖速率)和適當(dāng)高的間隔精度,如最大測(cè)程為4~20km,測(cè)距精度為±2.5~5m,重復(fù)頻率為6~20Hz,束散角為0.5~2.5mrad等。
 


機(jī)載脈沖激光測(cè)距儀
 
機(jī)載脈沖激光測(cè)距儀能夠用來配備配備直升機(jī)的導(dǎo)彈指令制導(dǎo)和配備固定翼飛機(jī),用于封閉援助的光電飛行器等方針以及阻攔飛機(jī)和導(dǎo)彈的攻擊。

機(jī)載脈沖激光測(cè)距儀的首要技能功能:測(cè)程遠(yuǎn)、測(cè)距精度高、重復(fù)頻率高、束散角小,同時(shí)機(jī)載設(shè)備應(yīng)體積小、分量輕并要與航空指示器共用。

因而,激光器有必要運(yùn)用高效循環(huán)液體作冷卻器,以習(xí)慣高的工作速率要求,否則要選用氣體或混合氣體升壓冷卻。
 


艦載脈沖激光測(cè)距儀
 
艦載脈沖激光測(cè)距儀的開展在輕型便攜式、車載和對(duì)空防護(hù)激光測(cè)距儀之后,它包含水面艦載和潛艇潛望兩大類。
 
水面艦載脈沖激光測(cè)距儀在技能功能指標(biāo)方面與車載火控和對(duì)空防護(hù)激光測(cè)距儀相同,在環(huán)境運(yùn)用方面要習(xí)慣艦載???、海面以及海上鹽霧的荷刻要求,而在體積、分量、電功率、保護(hù)保養(yǎng)才能和本錢等方面的要求又不嚴(yán)苛。

因而,現(xiàn)在很多用來配備慣例火控和對(duì)空防護(hù)的海軍艦只,如保護(hù)(無聲雷達(dá))艦載飛機(jī)收回和與紅外熱成像、電視等組成盯梢體系,全天候監(jiān)督和盯梢空中方針等共同的艦上運(yùn)用正在呈現(xiàn),其運(yùn)用遠(yuǎn)景適當(dāng)廣泛。
 


 潛艇潛望脈沖激光測(cè)距儀現(xiàn)在選用兩種組合辦法,第一種將激光測(cè)距儀、圖畫增強(qiáng)器和熱成像儀裝于其潛望鏡中,而間隔顯示器、觸發(fā)按鈕等分別裝于操作手上方或附近。

其長(zhǎng)處是傳輸光路中激光損耗小,但光束飄移,不易捕獲方針;第二種將上面三部分均裝在潛望鏡底部,整個(gè)體系的裝置,調(diào)試、拆開均很方便,但選用這種辦法的激光束要通過12m長(zhǎng)的潛望鏡管和15~20塊透鏡,能量損耗較大。
 
云高脈沖激光測(cè)距儀
 
運(yùn)用脈沖激光測(cè)距儀來丈量云層筆直高度的儀器稱為云高激光測(cè)距儀。這類激光測(cè)距儀首要用來丈量機(jī)場(chǎng)的云層高度,也可用來丈量衛(wèi)星發(fā)射點(diǎn)的云層高度,為飛機(jī)的起降或衛(wèi)星發(fā)射供給安全的氣候數(shù)據(jù)。

這類脈沖激光測(cè)距儀能夠?yàn)榍把剀娛禄?、機(jī)場(chǎng)或軍用衛(wèi)星發(fā)射點(diǎn)(近間隔)的安全供給牢靠的氣候數(shù)據(jù),是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)不行缺少的儀器;若運(yùn)用它為大型世界機(jī)場(chǎng)、小型商業(yè)民用機(jī)場(chǎng)和民用通信衛(wèi)星發(fā)射點(diǎn)(近間隔)供給飛機(jī)起降或衛(wèi)星發(fā)射的安全氣候數(shù)據(jù),將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和進(jìn)步世界諾言發(fā)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
 

 

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