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(diǎn)：
- 探測距離遠(yuǎn)、測距精度高
- 抗干擾性強(qiáng)
- 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(nèi)，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(yù)報(bào)等；
3、遠(yuǎn)程激光測距儀，它用于測量導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、月球等空間目標(biāo)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(shí)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(fā)出光脈沖，經(jīng)被測目標(biāo)反射后，光脈沖回到測距儀接收系統(tǒng)，測量其發(fā)射和接收光脈沖的時(shí)間間隔，即光脈沖在待測距離上的往返傳播時(shí)間t。脈沖法測距精度大多為米的量級(jí)；
相位測距法：它是通過測量連續(xù)調(diào)制的光波在待測距離上往返傳播所發(fā)生的相位變化，間接測量時(shí)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(yīng)用。
脈沖激光測距
由激光器對(duì)被測目標(biāo)發(fā)射一個(gè)光脈沖，然后接收系統(tǒng)接收目標(biāo)反射回來的光脈沖，通過測量光脈沖往返的時(shí)間來算出目標(biāo)的距離：
測程遠(yuǎn)，精度與激光脈寬有關(guān)，普通的納秒激光測距精度在米的量級(jí) 。
t 的測量：在確定時(shí)間起始點(diǎn)之間用時(shí)鐘脈沖填充計(jì)數(shù)。
脈沖測距
激光脈沖測距儀的簡化結(jié)構(gòu)如下圖所示：
激光脈沖測距儀的簡化結(jié)構(gòu)
測距儀對(duì)光脈沖的要求：
- 光脈沖應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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(dǎo)體激光器。
連續(xù)激光相位測距
采用無線電波段的頻率對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測定調(diào)制光往返一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)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(jīng)往返所需的時(shí)間。
衛(wèi)星激光測距
作為激光測距應(yīng)用的*重要成果之一 ——衛(wèi)星激光測距Satellite Laser Ranging ,簡稱為 SLR）技術(shù)起源于二十世紀(jì)六十年代，是目前單次測距精度*高的衛(wèi)星觀測技術(shù)，其測距精度已達(dá)到毫米量級(jí)，對(duì)衛(wèi)星的測軌精度可達(dá)到 1-3 cm。
衛(wèi)星激光測距技術(shù)集光機(jī)電于一身,涉及計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù),光學(xué)、激光學(xué)、大地測量學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、天文學(xué)、自動(dòng)控制學(xué)、電子通訊等多種學(xué)科。因此SLR測距儀系統(tǒng)十分復(fù)雜,消耗較大,故障率較高,同時(shí)受天氣因素制約,維護(hù)起來也比較困難,需要花費(fèi)較大的人力物力,但它又是目前精度*高的**觀測技術(shù)手段。
衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)
衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)按照各部分用途大致分為：激光發(fā)射、激光接收、信息處理和信息傳輸四大部分。
- 激光發(fā)射部分的作用是產(chǎn)生峰值功率高，光束發(fā)散角小的脈沖激光，使其經(jīng)過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步準(zhǔn)直后，射向所測衛(wèi)星。
- 激光接收部分是接收從被測衛(wèi)星反射回來的微弱激光脈沖信號(hào)，經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，照在光電探測器的光敏面上，使光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并經(jīng)過放大。
- 信息處理部分的主要作用是進(jìn)行衛(wèi)星測站預(yù)報(bào)，跟蹤衛(wèi)星，測量激光脈沖從測距系統(tǒng)到被測衛(wèi)星往返一次的時(shí)間間隔t，并準(zhǔn)確顯示和記錄在計(jì)算機(jī)硬盤上，再由人工或自動(dòng)方式形成標(biāo)準(zhǔn)格式。
- 信息傳輸部分的作用是通過通訊網(wǎng)絡(luò)接收軌道預(yù)報(bào)參數(shù)和其它指令（下傳），上傳觀測結(jié)果所形成的標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)等。
衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)組成
衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)功能分為七大分系統(tǒng)：
- 望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)臺(tái)分系統(tǒng)
- 激光器分系統(tǒng)
- 光電接收分系統(tǒng)
- 伺服驅(qū)動(dòng)控制分系統(tǒng)
- 測距控制分系統(tǒng)
- 微光導(dǎo)星分系統(tǒng)
- 軟件分系統(tǒng)
測距精度與激光脈寬
測距精度是由于激光脈沖前后沿時(shí)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(wèi)星激光測距主要指標(biāo)與激光器分系統(tǒng)的關(guān)系
- 測距精度—激光脈寬.
- 測程（近地星、遠(yuǎn)地星）—激光能量、發(fā)散角.
- 回波率—激光能量、發(fā)散角、激光脈沖重復(fù)頻率.
衛(wèi)星激光測距—激光器發(fā)展歷史
- **代： 1964年，調(diào)Q激光器，脈寬ns，測距精度3m；
- **代：70－90年代，主被動(dòng)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(wèi)星激光測距－激光器 ：
總的來講在其它條件相同時(shí)，發(fā)射激光的脈沖能量越高，脈寬越窄，重復(fù)率越高，峰值功率越大，則系統(tǒng)的測距能力越高。
千赫茲皮秒激光器為第四代衛(wèi)星激光測距之激光器。
下一代衛(wèi)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(tǒng)儀器誤差
- 激光脈沖寬度誤差
- 時(shí)間間隔測量誤差
- 主波計(jì)時(shí)探測誤差
- 回波計(jì)時(shí)探測誤差
- 時(shí)鐘同步誤差
- 時(shí)鐘頻率標(biāo)準(zhǔn)誤差
- 反射器質(zhì)心修正值誤差
- 地靶距離標(biāo)定誤差
- 地靶常規(guī)標(biāo)校測量誤差
我國衛(wèi)星測距站
衛(wèi)星激光測距應(yīng)用
衛(wèi)星激光測距（Satellite Laser Ranging：SLR）是隨著現(xiàn)代激光、光電子學(xué)、 計(jì)算機(jī)和空間科學(xué)發(fā)展而建立起來的一門嶄新觀測技術(shù)。由于它具有獨(dú)特的測距方式和較高的測量精度,已在地學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前,其觀測資料已可用于地球物理學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、大地測量學(xué)、天文學(xué)和地震預(yù)報(bào)等多種學(xué)科。
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