CN110907920B - 一种室内无源激光测距模拟装置及测距能力检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光测距机室内测距模拟装置及测距能力检测方法，测距模拟装置包括框架、衰减片组、平行光管、分划板、光纤耦合器件，镀膜光纤，在激光发射窗口前放置适当透过率的衰减片组件，通过调整衰减片组件来调整激光透过率，当在某一衰减片组合下所测得的回波信号不能满足阈值强度时，则判定此测距机的测距能力为此衰减片组合下对应的测程，从而验证此激光测距机的实际测距能力，该装置具有小型化、通用化的特点，能够准确地在室内完成测距能力检测。

Description

一种室内无源激光测距模拟装置及测距能力检测方法
【技术领域】
本发明涉及光学领域，具体涉及一种室内无源激光测距模拟装置及测距能力检测方法。
【背景技术】
激光测距机的测程是检验测距机性能的重要指标之一，影响其总体性能的发挥，目前对测程的检测主要采用外场实物测量、消光系数法、光纤模拟目标距离等方法。上述测量方法要么试验设备复杂，检测过程繁琐，受制于天气及场合，要么检测设备光路复杂，且光轴对准困难，同时，较难测定光纤的延时。考虑到小型化、通用化等特点，研制一款室内无源激光测距模拟装置，可以用于在室内检测激光测距机测距能力。
【发明内容】
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出室内无源激光测距模拟装置及检测方法。它包括框架、衰减片组、平行光管、分划板、光纤耦合器件，镀膜光纤，将测距机发射接收口对准平行光管，并在其焦平面处放置空心分划板，其后用光学汇聚的方法将发射的激光脉冲耦合进入光纤中，光纤末端镀一定波长为的全反射膜，激光经光纤末端反射后从耦合头输出又经平行光管入口透镜变成平行光，在激光发射窗口前放置适当透过率的衰减片组件，通过调整衰减片组件来调整激光透过率，当在某一衰减片组合下所测得的回波信号不能满足阈值强度时，则判定此测距机的测距能力为此衰减片组合下对应的测程，从而验证此激光测距机的实际测距能力。并适用于1064nm波段和1570nm波段的激光测距机。测距机测距能力检测范围：200m—9000m。
模拟装置进行测距能力检测的方法，包括如下步骤：
(1)通过理论计算一定大气条件下一定波长的激光器在不同测程下透过率理论数值，得到理论模拟值；
(2)在同一大气条件下，对上述波长的激光测距机进行外场实测实验，利用具有大测程的测距机，通过插入不同的衰减片组的方法，得到不同距离的衰减片组合；
(3)将步骤(2)中的同一台测距机放到室内环境中，在室内进行模拟实验，在激光发射端插入衰减片，得出不同测程下的衰减片组合。
(4)将实验室内实测的激光能量衰减值，与上述理论模拟值进行对比分析，对激光大气衰减模型进行修正优化，以便理论计算激光测距机测程与能量衰减的关系；
(5)将待测激光测距机放入室内测距模拟装置中，发射端插入根据激光大气衰减模型理论计算的衰减片组，便可检测此测距机的实际测距能力。
通过消光比值以及增益系数计算出最大测程，或者通过漫反射目标脉冲激光测距方程计算出最大射程。
在所述步骤(2)中，通过插入不同的衰减片组的方法，将具有大测程H1的测距机改装成多个测程H2的测距机，其中，H1>H2，将具有大测程H1的测距机对准一自然大目标，开始测距，此时在激光发射端插入衰减片，直至所测最远距离仅为H2时，认为此时测距机的测距能力为H2，记录下距离H2对应的衰减片组。
在所述步骤(3)中，将步骤(2)中同一台测距机放到室内环境中，在室内进行模拟实验，在激光发射端插入衰减片，直至接收端接收的回波信号时有时无时，我们认为此时的衰减片组合，即对应的是测程为H2的激光测距机的能量衰减值。
本发明的有益效果包括：(1)在室内完成测距机测程的检测，设备小型，通用性好；(2)通过实验值对激光大气衰减模型进行修正优化，能够更准确地计算激光机测距机测程与能量衰减之间的关系。
【附图说明】
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是1064nm激光大气透射率随距离变化曲线。
图2是激光测距机室内测距模拟装置。
【具体实施方式】
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
一种室内无源激光测距模拟装置，它包括框架、衰减片组、平行光管、分划板、光纤耦合器件，镀膜光纤，将测距机发射接收口对准平行光管，并在其焦平面处放置空心分划板，其后用光学汇聚的方法将发射的激光脉冲耦合进入光纤中，光纤末端镀一定波长为的全反射膜，激光经光纤末端反射后从耦合头输出又经平行光管入口透镜变成平行光，在激光发射窗口前放置适当透过率的衰减片组件，通过调整衰减片组件来调整激光透过率，当在某一衰减片组合下所测得的回波信号不能满足阈值强度时，则判定此测距机的测距能力为此衰减片组合下对应的测程，从而验证此激光测距机的实际测距能力。
利用上述测距模拟装置进行测距机测程检测的方法包括以下步骤，
1)以1064nm激光测距机为例，在大气能见度不小于23km、大目标反射率不小于30％的条件下，激光器在不同测程下透过率理论数值，通过消光比与增益系数比检测结合法计算测程，关系式为：
其中，ρ1为指标规定的实际测距目标的反射率；ρ2为消光试验靶的反射率；Rmax为最大测程；R2为消光试验时的距离；G(R2)为接受电路在R2处的增益；Gmax为接收电路的最大增益；τ2为距离R2的大气透过率；τ1为距离Rmax的大气透过率；F(A)为修正因子，根据测距机在距离R2处的消光比值S以及增益系数比，可计算出测程，经理论计算如下表所示：
表一：激光测距机测程与能量衰减关系
将实验数据模拟后，得出激光大气透射率随距离变化曲线如图1所示。
当然，也可以通过辐射学原理，推导出漫反射目标脉冲激光测距方程，得出测程。
2)在同一条件下，对1064nm激光测距机进行外场实测试验。我们分别在外场采用插入不同中性衰减片组的方法，将一台测程为9000m的测距机分别改装成测程为2000m～9000m的测距机。以改装测距能力为5000m的测距机为例，将测距机对准一自然大目标，开始测距，此时在激光发射端插入衰减片，直至所测最远距离仅为5000m时，认为此时测距机的测距能力为5000m。以此办法，分别得出2000m～9000m每个整数段的衰减片组合。
3)将同一台测距机放到室内环境中，在室内进行模拟实验。在激光发射端插入衰减片，直至接收端接收的回波信号时有时无时，我们认为此时的衰减片组合，即对应的是测程为5000m的激光测距机的能量衰减值。并用此办法，得出测程为2000m～9000m的每个整数段的衰减片组合。
4)为验证任意近程激光测距机的测距能力，将实验室内实测的激光能量衰减值，与上述理论模拟值对比分析，对激光大气衰减物理模型进行修正优化，以便理论计算激光测距机测程与能量衰减的关系。
5)将任意一台测距机放入室内测距模拟装置中，在发射端插入理论计算的衰减片组，便可检测此测距机的实际测距能力。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种室内无源激光测距模拟装置，它包括框架、衰减片组、平行光管、分划板、光纤耦合器件，镀膜光纤，将测距机发射接收口对准平行光管，并在其焦平面处放置空心分划板，其后用光学汇聚的方法将发射的激光脉冲耦合进入光纤中，光纤末端镀一定波长的全反射膜，激光经光纤末端反射后从耦合头输出又经平行光管入口透镜变成平行光，在激光发射窗口前放置适当透过率的衰减片组件，通过调整衰减片组件来调整激光透过率，当在某一衰减片组合下所测得的回波信号不能满足阈值强度时，则判定此测距机的测距能力为此衰减片组合下对应的测程，从而验证此激光测距机的实际测距能力。
2.如权利要求1所述的一种室内无源激光测距模拟装置，其特征在于：适用于1064nm波段和1570nm波段的激光测距机。
3.如权利要求1所述的一种室内无源激光测距模拟装置，其特征在于：测距机测距能力检测范围：200m—9000m。
4.一种利用权利要求1所述的模拟装置进行测距能力检测的方法，包括如下步骤：
(1)通过理论计算一定大气条件下一定波长的激光器在不同测程下透过率理论数值，得到理论模拟值；
(2)在同一大气条件下，对上述波长的激光测距机进行外场实测实验，利用具有大测程的测距机，通过插入不同的衰减片组的方法，得到不同距离的衰减片组合；
(3)将步骤(2)中的同一台测距机放到室内环境中，在室内进行模拟实验，在激光发射端插入衰减片，得出不同测程下的衰减片组合；
(4)将实验室内实测的激光能量衰减值，与上述理论模拟值进行对比分析，对激光大气衰减模型进行修正优化，以便理论计算激光测距机测程与能量衰减的关系；
(5)将待测激光测距机放入室内测距模拟装置中，发射端插入根据激光大气衰减模型理论计算的衰减片组，便可检测此测距机的实际测距能力。
5.如权利要求4所述的检测方法，在所述步骤(1)中，通过消光比值以及增益系数计算出最大测程。
6.如权利要求4所述的检测方法，在所述步骤(1)中，通过漫反射目标脉冲激光测距方程计算出最大射程。
7.如权利要求4所述的检测方法，在所述步骤(2)中，通过插入不同的衰减片组的方法，将具有大测程H1的测距机改装成多个测程H2的测距机，其中，H1>H2，将具有大测程H1的测距机对准一自然大目标，开始测距，此时在激光发射端插入衰减片，直至所测最远距离仅为H2时，认为此时测距机的测距能力为H2，记录下距离H2对应的衰减片组。
8.如权利要求7所述的检测方法，在所述步骤(3)中，将步骤(2)中同一台测距机放到室内环境中，在室内进行模拟实验，在激光发射端插入衰减片，直至接收端接收的回波信号时有时无时，我们认为此时的衰减片组合，即对应的是测程为H2的激光测距机的能量衰减值。
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