【摘要】：民用激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景,因此成為國內(nèi)外許多公司的研發(fā)重點(diǎn)。目前市場(chǎng)上已有的國產(chǎn)激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡普遍存在測(cè)量精度較低的問題。因而,設(shè)計(jì)一款小型輕便、高精度、操作方便的激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文圍繞高精度脈沖式激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)和測(cè)距電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開展研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,全面分析了激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題,比較了相位法激光測(cè)距和脈沖法激光測(cè)距的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上提出了激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。其次,依據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)了激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)。主要包括望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和激光接收光學(xué)系統(tǒng)�？紤]到激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡小型化的要求,設(shè)計(jì)中加入復(fù)合棱鏡,縮短光學(xué)總長的同時(shí)將光線轉(zhuǎn)折,實(shí)現(xiàn)激光接收光學(xué)系統(tǒng)和望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)共用物鏡。通過對(duì)設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)做像質(zhì)評(píng)價(jià),表明測(cè)距望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量和像差均滿足設(shè)計(jì)要求。再次,完成了激光測(cè)距硬件電路和相關(guān)軟件設(shè)計(jì)。測(cè)距硬件電路主要包括激光發(fā)射模塊,激光接收模塊,時(shí)刻鑒別模塊及時(shí)間間隔測(cè)量模塊。其中激光器選用脈沖激光二極管產(chǎn)生激光脈沖,光電探測(cè)器選用APD雪崩光電二極管接收回波信號(hào),選用高精度時(shí)間測(cè)量芯片TDC-GP22測(cè)量時(shí)間間隔,選用STM32作為主控芯片,實(shí)現(xiàn)對(duì)TDC芯片的控制。在Keil軟件里用c語言編寫程序,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)時(shí)間測(cè)量芯片的配置以及對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理,并將測(cè)量數(shù)據(jù)在上位機(jī)上顯示。最后,搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的激光測(cè)距系統(tǒng)測(cè)程在500m時(shí)精度優(yōu)于±0.5m,基本實(shí)現(xiàn)了手持激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡高精度、小型輕便的設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH743;TN249
【圖文】：

美國圖帕斯 200 測(cè)距望遠(yuǎn)鏡，其中短程精度已經(jīng)可以達(dá)到 0.3m。表 1.1 是目前上在中短程測(cè)距具有代表性的激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)品。從表中可以看出目前國外光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡在中短程精度較高，發(fā)射光源一般采用 905nm 的近紅外半導(dǎo)體激表 1.1 國外脈沖激光測(cè)距產(chǎn)品參數(shù)對(duì)比品牌 測(cè)量范圍/m 精度/m 激光峰值波/nm博士能 4-700 ±0.5 905圖帕斯 6-600 ±0.3 905歐尼卡 3-600 ±0.3 905艾普瑞 5-500 ±0.2 905圖 1.1 是目前處于激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡行業(yè)比較領(lǐng)先的博士能最具性價(jià)比的中短程望遠(yuǎn)鏡，攜帶方便，測(cè)程為 600m，是博士能最為經(jīng)典的機(jī)型之一。圖 1.2 的圖測(cè)距望遠(yuǎn)鏡在市場(chǎng)上也占很大份額，這款測(cè)距范圍 10m-500m，精度為±0.5m， 1450 元。

美國圖帕斯 200 測(cè)距望遠(yuǎn)鏡，其中短程精度已經(jīng)可以達(dá)到 0.3m。表 1.1 是目前上在中短程測(cè)距具有代表性的激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)品。從表中可以看出目前國外光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡在中短程精度較高，發(fā)射光源一般采用 905nm 的近紅外半導(dǎo)體激表 1.1 國外脈沖激光測(cè)距產(chǎn)品參數(shù)對(duì)比品牌 測(cè)量范圍/m 精度/m 激光峰值波/nm博士能 4-700 ±0.5 905圖帕斯 6-600 ±0.3 905歐尼卡 3-600 ±0.3 905艾普瑞 5-500 ±0.2 905圖 1.1 是目前處于激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡行業(yè)比較領(lǐng)先的博士能最具性價(jià)比的中短程望遠(yuǎn)鏡，攜帶方便，測(cè)程為 600m，是博士能最為經(jīng)典的機(jī)型之一。圖 1.2 的圖測(cè)距望遠(yuǎn)鏡在市場(chǎng)上也占很大份額，這款測(cè)距范圍 10m-500m，精度為±0.5m， 1450 元。

圖 1.3 雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡 圖 1.4 單筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡狀況光測(cè)距儀的研究于 20 世紀(jì) 80 年代開展，上海光機(jī)所研制的半導(dǎo)體半導(dǎo)體激光器，波長為 800-900nm，測(cè)距儀測(cè)量范圍為 10-100m，精年，航天三院 8357 研究所研制出一套激光測(cè)距系統(tǒng)，有效測(cè)程為 2.5m，重復(fù)頻率 100Hz[9]；中國計(jì)量學(xué)院信息工程系光電子所與國外機(jī)具有便攜、低成本、小功率的優(yōu)點(diǎn)，激光脈沖峰值波長為 905nm脈寬 25ns，測(cè)距能力為 14-1000m，精度優(yōu)于±1m，但在小型化、面還存在不足[9]。上海技術(shù)物理研究選用 TDC-GP1 來測(cè)量時(shí)間，提高了測(cè)距能力和中科院研究的采用時(shí)幅轉(zhuǎn)換法的激光測(cè)距系統(tǒng)，精度±5mm，處于年，中國計(jì)量學(xué)院通過把恒定比值時(shí)間鑒別法和時(shí)間放大技術(shù)結(jié)合有精度高、體積小的優(yōu)點(diǎn)[11]；2009 年軍事交通學(xué)院創(chuàng)新利用高精度[12]

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2786358