【摘要】：民用激光測距望遠鏡有著廣闊的發(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。目前市場上已有的國產(chǎn)激光測距望遠鏡普遍存在測量精度較低的問題。因而,設(shè)計一款小型輕便、高精度、操作方便的激光測距望遠鏡具有重要的工程應(yīng)用價值。本文圍繞高精度脈沖式激光測距望遠鏡的光學(xué)系統(tǒng)和測距電路系統(tǒng)的設(shè)計開展研究,主要研究內(nèi)容如下:首先,全面分析了激光測距望遠鏡國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題,比較了相位法激光測距和脈沖法激光測距的優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上提出了激光測距望遠鏡系統(tǒng)總體設(shè)計方案。其次,依據(jù)光學(xué)設(shè)計原則設(shè)計了激光測距望遠鏡的光學(xué)系統(tǒng)。主要包括望遠鏡系統(tǒng)、激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和激光接收光學(xué)系統(tǒng)�？紤]到激光測距望遠鏡小型化的要求,設(shè)計中加入復(fù)合棱鏡,縮短光學(xué)總長的同時將光線轉(zhuǎn)折,實現(xiàn)激光接收光學(xué)系統(tǒng)和望遠鏡系統(tǒng)共用物鏡。通過對設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)做像質(zhì)評價,表明測距望遠鏡的光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量和像差均滿足設(shè)計要求。再次,完成了激光測距硬件電路和相關(guān)軟件設(shè)計。測距硬件電路主要包括激光發(fā)射模塊,激光接收模塊,時刻鑒別模塊及時間間隔測量模塊。其中激光器選用脈沖激光二極管產(chǎn)生激光脈沖,光電探測器選用APD雪崩光電二極管接收回波信號,選用高精度時間測量芯片TDC-GP22測量時間間隔,選用STM32作為主控芯片,實現(xiàn)對TDC芯片的控制。在Keil軟件里用c語言編寫程序,實現(xiàn)單片機對時間測量芯片的配置以及對測量數(shù)據(jù)的處理,并將測量數(shù)據(jù)在上位機上顯示。最后,搭建了實驗平臺,驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的激光測距系統(tǒng)測程在500m時精度優(yōu)于±0.5m,基本實現(xiàn)了手持激光測距望遠鏡高精度、小型輕便的設(shè)計要求。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH743;TN249
【圖文】：

美國圖帕斯 200 測距望遠鏡，其中短程精度已經(jīng)可以達到 0.3m。表 1.1 是目前上在中短程測距具有代表性的激光測距望遠鏡產(chǎn)品。從表中可以看出目前國外光測距望遠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 國外脈沖激光測距產(chǎn)品參數(shù)對比品牌 測量范圍/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 是目前處于激光測距望遠鏡行業(yè)比較領(lǐng)先的博士能最具性價比的中短程望遠鏡，攜帶方便，測程為 600m，是博士能最為經(jīng)典的機型之一。圖 1.2 的圖測距望遠鏡在市場上也占很大份額，這款測距范圍 10m-500m，精度為±0.5m， 1450 元。

美國圖帕斯 200 測距望遠鏡，其中短程精度已經(jīng)可以達到 0.3m。表 1.1 是目前上在中短程測距具有代表性的激光測距望遠鏡產(chǎn)品。從表中可以看出目前國外光測距望遠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 國外脈沖激光測距產(chǎn)品參數(shù)對比品牌 測量范圍/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 是目前處于激光測距望遠鏡行業(yè)比較領(lǐng)先的博士能最具性價比的中短程望遠鏡，攜帶方便，測程為 600m，是博士能最為經(jīng)典的機型之一。圖 1.2 的圖測距望遠鏡在市場上也占很大份額，這款測距范圍 10m-500m，精度為±0.5m， 1450 元。

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

【參考文獻】

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1 黃濤;李祝蓮;張海濤;李語強;熊耀恒;;53cm雙筒激光測距望遠鏡控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2014年16期

2 張東虎;羅春華;;Ws832分光數(shù)碼望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[J];長春理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年02期

3 明名;楊飛;王富國;呂天宇;;Ф750mm口徑望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)的檢測(英文)[J];光子學(xué)報;2012年05期

4 郭銀景;劉治文;趙媛;郭洪瑾;;Design of transit-time difference ultrasonic heat meter based on TDC-GP21[J];Journal of Measurement Science and Instrumentation;2012年01期

5 姚濱濱;張宏建;唐曉宇;周洪亮;;基于時差法和TDC-GP2的超聲波流量測量方法[J];自動化與儀表;2011年08期

6 肖彬;;激光測距方法探討[J];地理空間信息;2010年04期

7 何少輝;鄭向明;;1.2m望遠鏡激光測距系統(tǒng)同步旋轉(zhuǎn)快門的設(shè)計與實現(xiàn)[J];天文研究與技術(shù);2009年04期

8 陳麗詩;馮桂蘭;田維堅;蒙志軍;;基于TDC-GP2的脈沖激光測速系統(tǒng)設(shè)計[J];工業(yè)控制計算機;2009年10期

9 章堅武;張數(shù)明;;TDC-GP2在激光測距傳感器中的應(yīng)用[J];儀表技術(shù)與傳感器;2009年08期

10 高波;;光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評價和像差公差[J];科技資訊;2008年12期

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1 張銘海;高精度激光測距信號處理技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2017年

2 嚴培輝;高精度脈沖激光測距關(guān)鍵技術(shù)研究[D];長春理工大學(xué);2017年

3 周宇;脈沖式激光測距儀的研究與設(shè)計[D];華中師范大學(xué);2016年

4 楊惠強;基于自觸發(fā)的脈沖激光測距系統(tǒng)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

5 魏健;基于ZEMAX手持激光測距望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[D];中國計量學(xué)院;2016年

6 李巍;脈沖式激光測距系統(tǒng)的設(shè)計及研究[D];北京化工大學(xué);2014年

7 孫興信;脈沖式激光測距儀的硬件設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2014年

8 李軍;基于FPGA的高精度脈沖激光測距系統(tǒng)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2014年

9 劉相宏;脈沖式半導(dǎo)體激光測距系統(tǒng)的設(shè)計[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2014年

10 王小淘;基于FPGA的激光測距系統(tǒng)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號：2786358