歐卡課堂**講 激光測距（一）
激光測距儀與其它測距儀(如微波測距儀等)相比，具備的特點：
- 探測距離遠、測距精度高
- 抗干擾性強
- 保密性好
- 體積小
- 重量輕
按照測量距離可分為下述三類：
1、短程激光測距儀，它的測程僅在五公里以內，適用于各種工程測量；
2、中長程激光測距儀，測程為五至幾十公里，適用于大地控制測量和地震預報等；
3、遠程激光測距儀，它用于測量導彈、人造衛星、月球等空間目標的距離；
激光測距是通過測量激光光束在待測距離上往返傳播的時間來換算出距離的，其換算公式為：
測距方法分類
脈沖測距法：測距儀發出光脈沖，經被測目標反射后，光脈沖回到測距儀接收系統，測量其發射和接收光脈沖的時間間隔，即光脈沖在待測距離上的往返傳播時間t。脈沖法測距精度大多為米的量級；
相位測距法：它是通過測量連續調制的光波在待測距離上往返傳播所發生的相位變化，間接測量時間t。這種方法測量精度較高，因而在大地和工程測量中得到了廣泛的應用。
脈沖激光測距
由激光器對被測目標發射一個光脈沖，然后接收系統接收目標反射回來的光脈沖，通過測量光脈沖往返的時間來算出目標的距離：
測程遠，精度與激光脈寬有關，普通的納秒激光測距精度在米的量級 。
t 的測量：在確定時間起始點之間用時鐘脈沖填充計數。
脈沖測距
激光脈沖測距儀的簡化結構如下圖所示：
激光脈沖測距儀的簡化結構
測距儀對光脈沖的要求：
- 光脈沖應具有足夠的強度
- 光脈沖的方向性要好
- 光脈沖的單色性要好
- 光脈沖的寬度要窄
- 用于激光測距的激光器：紅寶石激光器、釹玻璃激光器、二氧化碳激光器、半導體激光器。
連續激光相位測距
采用無線電波段的頻率對激光束進行幅度調制并測定調制光往返一次所產生的相位延遲，再根據調制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離，即用間接方法測定出光經往返所需的時間。
衛星激光測距
作為激光測距應用的*重要成果之一 ——衛星激光測距Satellite Laser Ranging ,簡稱為 SLR）技術起源于二十世紀六十年代，是目前單次測距精度*高的衛星觀測技術，其測距精度已達到毫米量級，對衛星的測軌精度可達到 1-3 cm。
衛星激光測距技術集光機電于一身,涉及計算機軟、硬件技術,光學、激光學、大地測量學、機械學、電子學、天文學、自動控制學、電子通訊等多種學科。因此SLR測距儀系統十分復雜,消耗較大,故障率較高,同時受天氣因素制約,維護起來也比較困難,需要花費較大的人力物力,但它又是目前精度*高的**觀測技術手段。
衛星激光測距系統
衛星激光測距系統按照各部分用途大致分為：激光發射、激光接收、信息處理和信息傳輸四大部分。
- 激光發射部分的作用是產生峰值功率高，光束發散角小的脈沖激光，使其經過發射光學系統進一步準直后，射向所測衛星。
- 激光接收部分是接收從被測衛星反射回來的微弱激光脈沖信號，經接收光學系統聚焦后，照在光電探測器的光敏面上，使光信號轉變為電信號并經過放大。
- 信息處理部分的主要作用是進行衛星測站預報，跟蹤衛星，測量激光脈沖從測距系統到被測衛星往返一次的時間間隔t，并準確顯示和記錄在計算機硬盤上，再由人工或自動方式形成標準格式。
- 信息傳輸部分的作用是通過通訊網絡接收軌道預報參數和其它指令（下傳），上傳觀測結果所形成的標準格式數據等。
衛星激光測距系統組成
衛星激光測距系統功能分為七大分系統：
- 望遠鏡轉臺分系統
- 激光器分系統
- 光電接收分系統
- 伺服驅動控制分系統
- 測距控制分系統
- 微光導星分系統
- 軟件分系統
測距精度與激光脈寬
測距精度是由于激光脈沖前后沿時間差造成的；
因此激光脈沖寬度影響測距精度：△L=Cx△t
表：測距精度與脈寬的比較
衛星激光測距主要指標與激光器分系統的關系
- 測距精度—激光脈寬.
- 測程（近地星、遠地星）—激光能量、發散角.
- 回波率—激光能量、發散角、激光脈沖重復頻率.
衛星激光測距—激光器發展歷史
- **代： 1964年，調Q激光器，脈寬ns，測距精度3m；
- **代：70－90年代，主被動鎖模激光器，脈寬100ps，測距精度3cm；
- 第三代：SESAM鎖模，50Hz;
- 第四代：SESAM鎖模，KHz，精度＜ 1cm；
- 第五代：雙波長激光器，去除大氣干擾。
衛星激光測距－激光器 ：
總的來講在其它條件相同時，發射激光的脈沖能量越高，脈寬越窄，重復率越高，峰值功率越大，則系統的測距能力越高。
千赫茲皮秒激光器為第四代衛星激光測距之激光器。
下一代衛星測距用激光器為雙波長激光器。
測距誤差分析
（1） 測距系統儀器誤差
- 激光脈沖寬度誤差
- 時間間隔測量誤差
- 主波計時探測誤差
- 回波計時探測誤差
- 時鐘同步誤差
- 時鐘頻率標準誤差
- 反射器質心修正值誤差
- 地靶距離標定誤差
- 地靶常規標校測量誤差
我國衛星測距站
衛星激光測距應用
衛星激光測距（Satellite Laser Ranging：SLR）是隨著現代激光、光電子學、 計算機和空間科學發展而建立起來的一門嶄新觀測技術。由于它具有獨特的測距方式和較高的測量精度,已在地學領域廣泛應用。目前,其觀測資料已可用于地球物理學、地球動力學、大地測量學、天文學和地震預報等多種學科。
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