【摘要】：當前激光測距系統(tǒng)的發(fā)展方向是小型化、多功能化、對人眼安全。高精度小型化激光測距技術(shù),特別是對人眼安全波段的激光測距技術(shù),能使系統(tǒng)在使用時不損傷操作人員視力、對煙霧的穿透能力強、目標反射率較高。本文通過研究脈沖半導(dǎo)體激光測距原理、人眼安全激光器構(gòu)型、激光驅(qū)動電源方法、弱信號接收及數(shù)字信號處理技術(shù)、光學(xué)發(fā)射接收天線設(shè)計以及整機小型化設(shè)計等,全面闡述了人眼安全半導(dǎo)體小型化激光測距系統(tǒng)的設(shè)計方法。采用多種先進技術(shù)設(shè)計的小型化激光測距系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、測程遠、人眼安全、精度高等特點,從根本上減小能量的損耗并大大提高激光測距系統(tǒng)的測程和測量精度,為中遠程小型化激光測距產(chǎn)品設(shè)計提供了系統(tǒng)的解決方案。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下:1.闡述了激光測距系統(tǒng)技術(shù),并對人眼安全波段激光測距優(yōu)勢和前沿進展進行了分析。2.在保證結(jié)構(gòu)強度的前提下,采用結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計、激光器諧振腔模塊化設(shè)計、激光電源小型化設(shè)計、接收與信號處理與綜合化設(shè)計等新理念,使整套產(chǎn)品結(jié)構(gòu)小巧緊湊,成功研制重量小于4 kg的激光測距機。3.研究半導(dǎo)體泵浦波長溫度漂移補償技術(shù)、角錐光束勻化散熱技術(shù)、工作物質(zhì)串接熱畸變修復(fù)技術(shù)、TEC溫控技術(shù)等一系列散熱技術(shù),并通過散熱模型仿真計算,有效地對系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計,在有限的體積下保證換熱能力。4.采用OPO激光器設(shè)計人眼安全波段激光輻射器,實現(xiàn)了在較寬溫度范圍內(nèi)輸出能量≥10 mJ,優(yōu)于國內(nèi)其他產(chǎn)品。5.利用探測器接收放大技術(shù)、增益控制、恒虛警等技術(shù)、激光回波數(shù)字化處理技術(shù)等措施,實現(xiàn)了人眼安全波段激光測距的高靈敏探測。
【圖文】：

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文課題就是以脈沖式激光測距的方式進行分析與設(shè)計的。1.3 人眼安全激光測距系統(tǒng)的特點及實現(xiàn)途徑人眼安全激光波段激光測距系統(tǒng)較其它激光波段測距系統(tǒng)具有諸多，1.5X μm 激光對人眼的允許曝光量是 1.064 μm Nd:YAG 激光的 40 萬倍 10.6 μmCO2激光器的 100 倍[5]。目前常用的激光器波段都在 3 μm 以內(nèi)這個范圍內(nèi)選擇 1.5～1.8 μm 這個大氣傳輸窗口的波段，不僅透過率高煙、霧的穿透能力也強。圖 1-1 是用 LOWTRAN 軟件仿真在高度 6 k對地進行激光測距時，不同波段激光的透過率。

圖 2-1 激光脈沖測距原理圖中激光輻射器是產(chǎn)生激光脈沖的核心部件，主要用于產(chǎn)生能量、發(fā)散的激光脈沖；激光電源主要完成對激光輻射器的供電，，并對半導(dǎo)體陣控制，以保證激光輻射器的單脈沖輸出能量、脈沖寬度滿足總體要求主要完成對激光輻射器出口的激光束散角進行壓窄及面積擴束，保證光束散角滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。光接收放大電路主要作用是將接收到的目標反射的激光回波轉(zhuǎn)換成進行放大處理，為信息處理電路提供關(guān)門信號；接收天線主要對在視場漫反射回來的激光進行收集、會聚，使得會聚彌散斑直徑不大于系統(tǒng)制及信號處理電路從發(fā)射激光脈沖時開始計時，接收到被測目標返回束計時，然后計算這個時間間隔，還有對放大后的回波信號進行濾波噪聲中提取出信號，并將其轉(zhuǎn)換輸出給上位機。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN249

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本文編號：2642377