第32卷第1期激光与红外Vol.32,No.12002年2月LASER&INFRAREDFebruary,2002文章编号:1001-5078(200201-0007-04激光飞行时间测距关键技术进展陈千颂1,杨成伟1,潘志文2,霍玉晶1(11清华大学电子工程系,北京100084;2.深圳大学师范学院物理教育系,广东深圳518060摘要:文中扼要介绍了激光飞行时间测距的若干关键技术研究进展。主要包括:脉冲激光测距的时间间隔测量技术和时刻鉴别技术,激光相位测距的相位调制技术及其调制噪声问题,调频连续波测距技术和半导体激光自混合干涉测距技术等。关键词:激光测距;飞行时间;技术进展中图分类号:TN958.98;TM935.15文献标识码:AABriefIntroductionontheDevelopmentofLaserTime-of-flightDistanceMeasurementTechnologyCHENQian-song1,YANGCheng-wei1,PANZh-iwen2,HUOYu-jing1(1.DepartmentofElectronicsEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;2.DepartmentofPhysicsEducation,TeachersCollege,ShenzhenUniversity,Shenzhen518060,ChinaAbstract:ThedevelopmentofLaserTime-o-fFlight(TOFdistancemeasurementtechnologyisintroducedbrieflyinthepaper.Thetechniquesincludetime-intervalmeasurementandtimingdiscriminationtechniquesinpulsedlaserdis-tancemeasurement,phasemodulationtechniqueanditsnoiseinlaserAMCWdistancemeasurement,FMCWandlaserdiodesel-fmixinginterferencedistancemeasurementtechnique.Keywords:laserdistancemeasurement;time-o-fflight;technologydevelopment根据所发射激光状态的不同,激光飞行时间测距分为激光脉冲测距和连续波激光测距,后者根据起止时刻标识的不同又分为相位激光测距和调频激光测距。本文将介绍上述激光飞行时间测距方法的关键技术进展。1脉冲激光测距1.1脉冲激光测距原理目前,脉冲激光测距已获得了广泛的应用,如地形测量、战术前沿测距、导弹运行轨道跟踪,以及人造卫星、地球到月球距离的测量等。脉冲激光测距是利用激光脉冲持续时间极短,能量在时间上相对集中,瞬时功率很大(一般可达兆瓦的特点,在有合作目标的情况下,脉冲激光测距可以达到极远的测程;在进行几公里的近程测距时,如果精度要求不高,即使不使用合作目标,只是利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得反射信号,也可以进行测距。图1脉冲激光测距原理图如图1所示,一个典型的脉冲飞行时间激光测距系统通常由以下五个部分组成[1]:激光发射单元、一个或两个接收通道、时刻鉴别单元、时间间隔测量单元和处理控制单元。激光发射单元在t时刻发射一激光脉冲,其中一小部分功率直接进入接收通道1,经时刻鉴别单元产生起始(START信号,开始时间间隔测量;其余功率从发射天线向目标发射出去,经距离R到达目标后被反射;接收通道2的作者简介:陈千颂(1974-,男,博士生,主要从事激光雷达测距技术方面的研究。:光电探测器接收到返回脉冲,经放大后到达时刻鉴别单元,产生一终止(STOP信号,终止时间间隔测量;时间间隔测量单元把所测得的结果t输出到处理控制单元,最后得到距离R(L=2R。测量系统的测量精确度主要依赖于接收通道的带宽、激光脉冲的上升沿、探测器的信噪比(峰值信号电流与噪声电流均方根值之比和时间间隔测量精确度。以上主要是从激光飞行时间t出发来考虑距离R的精度,其中的关键是如何精确稳定地确定t的起止时刻和精确测量t,它们各自对应的是时刻鉴别单元和时间间隔测量单元;另一方面就是大气折射率的取值精度,它受环境温度、气压及大气湍流的影响,精度一般可以达到10-6(1ppm。双(多波长激光测距可以避免大气对测量精度的影响[2]。1.2时间间隔测量方法时间间隔测量单元是用来测量起止信号之间的时间间隔t。到目前为止,测量方法主要有三种:模拟法、数字法和数字插入法。文献[3]对时间间隔的测量方法和技术进展作了详细的介绍。1.3时刻鉴别方法由于激光脉冲在空中传输过程中的衰减和畸变,导致接收到的脉冲与发射脉冲在幅度和形状上都有很大不同,给正确确定起止时刻带来困难,由此引起的测量误差被称之为漂移误差(WalkError;另外,由输入噪声引起的时间抖动也给测量带来了误差。如何设计时刻鉴别单元以达到消除或减小漂移误差和时间抖动,是脉冲激光...