專利名稱：測(cè)量激光測(cè)高儀/測(cè)距儀測(cè)距能力的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光測(cè)高儀和激光測(cè)距儀性能參數(shù)的測(cè)量，特別是一種用于測(cè)量激光測(cè)高儀/測(cè)距儀測(cè)距能力的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
激光測(cè)高儀和激光測(cè)距儀(以下簡(jiǎn)稱激光測(cè)高儀)均由激光發(fā)射系統(tǒng)和激光接收系統(tǒng)組成，其性能在很大程度上是指其測(cè)距能力，即最大測(cè)程。特別是對(duì)遠(yuǎn)距離的激光測(cè)高儀(20km以上)來說，最大測(cè)程指標(biāo)尤為重要。由于受到各種因素的影響，在地面對(duì)位于最大測(cè)程距離處的目標(biāo)進(jìn)行實(shí)測(cè)并不現(xiàn)實(shí)，其結(jié)果的精確度也是不高的。
消光系數(shù)法是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定激光測(cè)高儀最大測(cè)程的方法之一。這種方法雖然也需要在野外作業(yè)，但并不同于野外實(shí)測(cè)。消光系數(shù)法的具體實(shí)施過程為在距離激光測(cè)高儀0.5km處放置一個(gè)漫反射板，打開激光器，發(fā)射的激光打到漫反射板上。在接收系統(tǒng)前面放置濾光片，減小到達(dá)接收系統(tǒng)內(nèi)的激光能量。濾光片的透過率是預(yù)先設(shè)定的，在實(shí)際的操作過程中，再根據(jù)情況對(duì)透過率作微量的調(diào)節(jié)。激光測(cè)高儀有正確的距離讀數(shù)時(shí)的透過率就是其靈敏度。根據(jù)靈敏度可以得到最大測(cè)程。在計(jì)算最大測(cè)程時(shí)，還需知道測(cè)量時(shí)的大氣能見度。消光系數(shù)法不失為一種原理與設(shè)備簡(jiǎn)單的測(cè)量激光測(cè)高儀的最大測(cè)程的方法。但是，由于這種方法只能在野外實(shí)現(xiàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地要求較高。同時(shí)，受大氣條件影響較大，因此，很難獲得較高的精確度。
光纖模擬目標(biāo)距離的方法，通過激光在光纖中的循環(huán)傳輸，可以模擬不同距離的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同激光測(cè)高儀進(jìn)行測(cè)量。由于激光束的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖的直徑，需要設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)將激光束進(jìn)行耦合，因此該類型的檢測(cè)設(shè)備光路復(fù)雜，且光軸對(duì)準(zhǔn)困難，同時(shí)，較難測(cè)定光纖的延時(shí)。
結(jié)合電子學(xué)及軟件的手段，測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的方法，需要使用激光模擬器。模擬激光器用于產(chǎn)生模擬回波。具體途徑為通過軟硬件結(jié)合的方式，改變激光模擬器的內(nèi)部元器件的性能，從而得到性能參數(shù)可調(diào)的模擬激光束，模擬在實(shí)際測(cè)距時(shí)，外界環(huán)境對(duì)發(fā)射激光束的影響。通過延時(shí)電路控制激光模擬器相對(duì)于發(fā)射激光之間的延時(shí)，可以模擬不同的目標(biāo)距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的困難，提供一種測(cè)量激光測(cè)高儀/測(cè)距儀測(cè)距能力最大測(cè)程的設(shè)備和方法，該設(shè)備應(yīng)簡(jiǎn)單，測(cè)量方法簡(jiǎn)便有效。
激光測(cè)高儀的最大測(cè)程是相對(duì)一定的條件而言的。在不同的大氣條件下，對(duì)不同表面特性的目標(biāo)物進(jìn)行測(cè)距，得到的最大測(cè)程是不相同的。因此，不僅對(duì)處于不同距離的同一表面特性的目標(biāo)物測(cè)距時(shí)，激光發(fā)射能量不同；在對(duì)相同距離、不同表面特性目標(biāo)物測(cè)距時(shí)，所需的激光發(fā)射能量也不一樣。對(duì)應(yīng)這些不同的測(cè)距條件，激光測(cè)高儀的接收系統(tǒng)中，回波探測(cè)器的最小可探測(cè)功率是不變的。即接收系統(tǒng)有響應(yīng)的最小回波能量是一定值。因此，根據(jù)激光測(cè)高儀達(dá)到最小可探測(cè)功率值時(shí)對(duì)應(yīng)的各參數(shù)的值，即可推算出激光測(cè)高儀測(cè)距時(shí)的最大測(cè)程。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的設(shè)備，其特征在于其構(gòu)成是沿該激光測(cè)高儀的激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的激光束前進(jìn)方向依次包括透反鏡、反射鏡、衰減器、模擬目標(biāo)，在透反鏡的透射方向設(shè)有能量計(jì)；透反鏡與光束成45°，反射鏡與光束成45°，且二者的作用是將激光測(cè)高儀所發(fā)出的激光光束折轉(zhuǎn)，使之與激光測(cè)高儀的接收系統(tǒng)同軸，還有波形顯示系統(tǒng)。
所述的衰減器由衰減片支架和包含有多塊衰減片的衰減片組構(gòu)成，衰減片支架具有多個(gè)衰減片插口，供該衰減片插設(shè)。
所述的模擬目標(biāo)是表面反射率已知的反射板。
包括下列步驟①.將激光測(cè)高儀與測(cè)量設(shè)備對(duì)接，使透反鏡與激光測(cè)高儀的激光發(fā)射系統(tǒng)的光軸的夾角為45°，全反射鏡與激光測(cè)高儀的激光接收系統(tǒng)的光軸之間的夾角也是45°，并保障經(jīng)反射鏡反射后的激光束與該激光接收系統(tǒng)的光軸同軸；②.在激光束前進(jìn)方向上一定距離Rs設(shè)置模擬目標(biāo)；③.將發(fā)射激光束單脈沖的能量設(shè)為一定值，由能量計(jì)監(jiān)測(cè)為Wo；④.增加衰減器的衰減片，同時(shí)由激光測(cè)距儀的激光接收系統(tǒng)監(jiān)測(cè)激光回波的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)回波數(shù)字信號(hào)為0時(shí)，記下衰減器的透過率τo；⑤.利用下列公式計(jì)算激光測(cè)高儀的最大測(cè)程Rmax2=Wt·ρtar·cosα·τa2Wts·ρtars·cosαs·τas2·Rs2]]>式中Wts＝Woτo-激光測(cè)高儀最小可探測(cè)的單脈沖激光能量Wo-能量計(jì)檢測(cè)的發(fā)射的單脈沖激光能量τo-當(dāng)回波數(shù)字信號(hào)為0時(shí)，衰減器的透過率Wt-激光測(cè)高儀發(fā)射的單脈沖最大激光能量
ρtar-目標(biāo)物的表面反射率ρtars-模擬目標(biāo)表面反射率α-激光對(duì)目標(biāo)物表面的入射角αs-激光對(duì)模擬目標(biāo)表面的入射角τ2a-光測(cè)高儀至實(shí)測(cè)目標(biāo)的大氣雙程透過率τ2as-激光測(cè)高儀至模擬目標(biāo)的大氣雙程透過率Rs-激光測(cè)高儀到模擬目標(biāo)之間的距離本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)量方法簡(jiǎn)便；透反鏡1采用半反半透片，能量計(jì)可以對(duì)激光發(fā)射能量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量；采用發(fā)射激光兩次反射折轉(zhuǎn)，保證激光的發(fā)射與接收同軸，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，不受外界環(huán)境影響；采用漫反射模擬目標(biāo)，真實(shí)模擬實(shí)際測(cè)距時(shí)，目標(biāo)對(duì)激光的反射。


圖1為本發(fā)明的測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的設(shè)備及其測(cè)量狀態(tài)的示意圖。
圖2是本發(fā)明衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式先請(qǐng)參閱圖1、圖2，圖1是本發(fā)明測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的設(shè)備及其測(cè)量狀態(tài)的示意圖，圖2是衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的設(shè)備包括具有一定透射的透反鏡1、反射鏡2、能量計(jì)3、衰減器4、模擬目標(biāo)5、波形顯示系統(tǒng)6。透反鏡1和反射鏡2將激光測(cè)高儀7的激光發(fā)射系統(tǒng)71所發(fā)出的激光折轉(zhuǎn)到與激光接收系統(tǒng)72同軸。透反鏡1為半透半反片，反射鏡2為全反射片。能量計(jì)3用于測(cè)量激光發(fā)射系統(tǒng)71所發(fā)出的激光束的能量。衰減器4由支架41和衰減片組42組成。整個(gè)衰減器4用于衰減發(fā)射激光的能量。衰減片組42由具有不同透過率的衰減片421組成，通過改變衰減片組42的組成，可以得到不同透過率的衰減器4。模擬目標(biāo)5是表面反射率ρtars已知的反射板，對(duì)入射激光產(chǎn)生的反射遵循朗伯反射定律，可用于模擬激光測(cè)高儀對(duì)真實(shí)目標(biāo)測(cè)距時(shí)，由目標(biāo)所產(chǎn)生的漫反射。波形顯示系統(tǒng)6使用示波器實(shí)現(xiàn)，用于監(jiān)測(cè)回波信號(hào)。見圖1。
利用上述設(shè)備測(cè)量激光測(cè)高儀最大測(cè)程的方法，包括下列步驟A.將激光測(cè)高儀7與測(cè)量設(shè)備對(duì)接，使透反鏡1和激光發(fā)射系統(tǒng)71光軸之間的夾角為45°，反射鏡2與激光接收系統(tǒng)72光軸之間的夾角也為45。保證經(jīng)過反射鏡2反射后的激光束與激光接收系統(tǒng)72同光軸；B.將模擬目標(biāo)5設(shè)置在光路中，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)模擬目標(biāo)5與激光測(cè)高儀7之間的距離，距離以大于20m小于50m為宜，并使用傳統(tǒng)方法測(cè)量模擬目標(biāo)5與激光測(cè)高儀7之間的確切距離Rs；C.將激光發(fā)射系統(tǒng)71發(fā)射的激光能量設(shè)為一定值Wo，改變衰減器4的組成，以得到不同的透過率，使用波形顯示系統(tǒng)6顯示激光接收系統(tǒng)72所得到的回波數(shù)字信號(hào)，當(dāng)數(shù)字回波信號(hào)消失時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的衰減器4的透過率τo以及能量計(jì)3中所顯示的能量值Wo，即在對(duì)給定距離Rs的模擬目標(biāo)5測(cè)距時(shí)，所需的激光能量Wo。此時(shí)，所對(duì)應(yīng)的回波探測(cè)器的功率就是激光測(cè)高儀最小可探測(cè)功率Woτo。
D.由最大測(cè)程與各參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算在給定條件下的激光測(cè)高儀7的最大測(cè)程。
激光測(cè)高儀的最大測(cè)程由下式來表示
Rmax2=Wt·ρtar·cosα·τa2Wts·ρtars·cosαs·τas2·Rs2]]>式中Wts＝Woτo-激光測(cè)高儀最小可探測(cè)的單脈沖激光能量Wo-能量計(jì)(3)檢測(cè)的發(fā)射的單脈沖激光能量τo-當(dāng)回波數(shù)字信號(hào)為0時(shí)，衰減器(4)的透過率Wt-激光測(cè)高儀(7)發(fā)射的最大單脈沖激光能量ρtar-目標(biāo)物的表面反射率ρtars-模擬目標(biāo)(5)表面反射率α-激光對(duì)目標(biāo)物表面的入射角αs-激光對(duì)模擬目標(biāo)(5)表面的入射角τ2a-激光測(cè)高儀(7)至實(shí)測(cè)目標(biāo)的大氣雙程透過率τ2as-激光測(cè)高儀(7)至模擬目標(biāo)(5)的大氣雙程透過率Rs-激光測(cè)高儀(7)到模擬目標(biāo)(5)之間的距離
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的設(shè)備，其特征在于其構(gòu)成是沿該激光測(cè)高儀(7)的激光發(fā)射系統(tǒng)(71)發(fā)出的激光束前進(jìn)方向依次包括透反鏡(1)、反射鏡(2)、衰減器(4)、模擬目標(biāo)(5)，在透反鏡(1)的透射方向設(shè)有能量計(jì)(3)；透反鏡(1)與光束成45°，反射鏡(2)與光束成45°，且二者的作用是將激光測(cè)高儀(7)所發(fā)出的激光光束折轉(zhuǎn)，使之與激光測(cè)高儀(7)的激光接收系統(tǒng)(72)同軸；還有波形顯示系統(tǒng)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的設(shè)備，其特征在于所述的衰減器(4)由衰減片支架(41)和包含有多塊衰減片(421)的衰減片組(42)構(gòu)成，衰減片支架(41)具有多個(gè)衰減片插口(411)，供該衰減片(421)插設(shè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的設(shè)備，其特征在于所述的模擬目標(biāo)(5)是表面反射率已知的反射板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的設(shè)備，其特征在于包括下列步驟①.將激光測(cè)高儀(7)與測(cè)量設(shè)備對(duì)接，使透反鏡(1)與激光測(cè)高儀(7)的激光發(fā)射系統(tǒng)(71)的光軸的夾角為45°，全反射鏡(2)與激光測(cè)高儀(7)的激光接收系統(tǒng)(72)的光軸之間的夾角也是45°，并保障經(jīng)反射鏡(2)反射后的激光束與該激光接收系統(tǒng)(72)的光軸同軸；②.在激光束前進(jìn)方向上一定距離Rs設(shè)置模擬目標(biāo)(5)；③.將發(fā)射激光束單脈沖的能量設(shè)為一定值，由能量計(jì)(3)監(jiān)測(cè)為Wo；④.增加衰減器(4)的衰減片(421)，同時(shí)由激光測(cè)距儀(7)的激光接收系統(tǒng)(72)監(jiān)測(cè)激光回波的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)回波數(shù)字信號(hào)為0時(shí)，記下衰減器(4)的透過率τo；⑤.利用下列公式計(jì)算激光測(cè)高儀(7)的最大測(cè)程RmaxRmax2=Wt·ρtar·cosα·τa2Wts·ρtars·cosαs·τas2·Rs2]]>式中Wts＝Woτo—激光測(cè)高儀最小可探測(cè)的單脈沖激光能量Wo—能量計(jì)(3)檢測(cè)的發(fā)射的單脈沖激光能量τo—當(dāng)回波數(shù)字信號(hào)為0時(shí)，衰減器(4)的透過率Wt—激光測(cè)高儀(7)發(fā)射的最大單脈沖激光能量ρtar—目標(biāo)物的表面反射率ρtars—模擬目標(biāo)(5)表面反射率α—激光對(duì)目標(biāo)物表面的入射角αs—激光對(duì)模擬目標(biāo)(5)表面的入射角τ2a—激光測(cè)高儀(7)至實(shí)測(cè)目標(biāo)的大氣雙程透過率τ2as—激光測(cè)高儀(7)至模擬目標(biāo)(5)的大氣雙程透過率Rs—激光測(cè)高儀(7)到模擬目標(biāo)(5)之間的距離
全文摘要
一種測(cè)量激光測(cè)高儀測(cè)距能力的設(shè)備，其特征在于其構(gòu)成是沿該激光測(cè)高儀的激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的激光束前進(jìn)方向依次包括透反鏡、反射鏡、衰減器、模擬目標(biāo)，在透反鏡的透射方向設(shè)有能量計(jì)；透反鏡與光束成45°，反射鏡與光束成45°，且二者的作用是將激光測(cè)高儀所發(fā)出的激光光束折轉(zhuǎn)，使之與激光測(cè)高儀的激光接收系統(tǒng)同軸；還有波形顯示系統(tǒng)。本發(fā)明具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、室內(nèi)測(cè)試、不受外界環(huán)境影響和測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/00GK1544915SQ20031010872
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者蘇嶸, 張海洪, 胡以華, 方抗美, 陳育偉, 蘇 嶸 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所