CN115421152B - 激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统及方法，系统包括激光发射模块（1），其包括激光器（101）和扩束镜（102）；回光接收模块（2），其包括的接收物镜（201），通过光阑（202）、准直透镜（203）将接收到的回光信号转为平行光，经准直后的光通过分束镜（205），一部分反射光线进入大气测量单元，一部分透射部分光线进入距离探测单元，该距离探测单元包括测距光电转换设备（206），所述大气测量单元包括中性衰减片（207）和大气光电转换设备（208），以及信号采集及控制模块（3）。本发明解决了目标距离和大气光学参数探测方向的不一致问题，实现目标距离信息和大气光学参数的同时测量与输出。

Description

激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统与方法
技术领域
本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统与方法。
背景技术
脉冲激光测距技术具有测距精度高，测距速度快、探测距离远、无接触等优点，然而由于大气环境复杂多变，目标回光信号强度受大气透过率变化而起伏，可能造成目标的漏检或误检。为解决该问题，一种有效方法是，实时将大气透过率值反馈给激光距离探测系统以实时修正目标回光信号判定阈值。专利CN113093214A涉及了一种探测阈值的判定方法，其根据合作目标的回波信号强度，调节发射激光功率，直至回光强度达到阈值判定标准。该专利涉及激光发射装置需具备功率调节功能，提高了设备复杂性和成本。此外该方法针对目标为合作目标，不具备普遍的军事或工程应用要求。
大气传输效应是制约激光装备应用的重要因素之一。大气光学特性对激光传输影响明显，其中大气消光效应会使激光功率密度降低，大气的吸收效应会产生热晕效应，导致光斑发生劣化。对大气光学参数的测量是评估激光装备效能的最基础和重要的步骤之一。然而传统的主动遥感大气光学参数测量设备只能探测大气物质，目标的强反射回光会对探测设备造成损坏，因此在探测方向上需对目标进行回避。专利CN107422337A描述了一种用于大气物质探测的激光雷达系统，但其没有涉及目标强回光的处理技术。
在激光装备应用中，需要同时测量目标距离及装备到目标大气路径的光学参数信息。目前激光测距设备和激光大气测量设备因功能不同及回光信号相互干扰的问题而独立布局。面对激光装备在高集成度、高准确度、抗干扰、小型化、鲁棒性等方面的要求，目前尚无一个有效的一体化探测系统既实现目标距离和大气光学参数的共同探测，又能解决测距系统和大气测量系统独立布局引起的光轴不共线问题，并实现装置的小型化、轻量化的设计。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统与方法，通过共光路、共形设计，解决了目标距离和大气光学参数探测方向的不一致问题，实现目标距离信息和大气光学参数的同时测量与输出，有利于设备的小型化、轻量化发展。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，包括：
激光发射模块（1），其包括激光器（101）和扩束镜（102），所述激光器（101）发出高重复频率、窄线宽的脉冲激光，通过扩束镜（102）扩束后照向目标方向；
用于接收目标和大气物质散射回光并转化为电信号的回光接收模块（2），其包括用于接收汇聚目标回光信号和大气散射回光信号的接收物镜（201），通过光阑（202）、准直透镜（203）将接收到的回光信号转为平行光，再通过窄带滤光片（204）对回光信号进行背景杂光过滤，经准直后的光通过分束镜（205），一部分反射光线进入大气测量单元，一部分透射部分光线进入距离探测单元，该距离探测单元包括测距光电转换设备（206），所述大气测量单元包括中性衰减片（207）和大气光电转换设备（208），所述中性衰减片（207）把进入大气测量单元的光线光强减小到气光电转换设备（208）工作范围内，测距光电转换设备（206）和大气光电转换设备（208）把传输进来的光信号转换成电信号；
以及信号采集及控制模块（3），用于对所述距离探测单元和大气测量单元的电信号进行采集和处理，并控制整个系统的工作时序。
进一步地，所述光阑（202）设于所述接收物镜（201）和准直透镜（203）的焦点处，通过调节光阑（202）开孔大小控制接收物镜（201）的视场角。
进一步地，所述准直透镜（203）的位置可微调，以确保透过的光为平行光。
进一步地，所述测距光电转换设备（206）为雪崩光电二极管，利用帕尔贴效应对雪崩光电二极管进行制冷降低其暗电流，提高探测灵敏度。
进一步地，所述大气光电转换设备（208）为光电倍增管。
进一步地，所述回光接收模块（2）还包括1/2玻片（209），通过旋转1/2玻片（209）的角度以调节光束偏振方向，使得透过的光束与发射激光偏振方向相匹配。
进一步地，所述回光接收模块（2）还包括用于将光束分离成偏振方向相互垂直的两束光的偏振分光棱镜（210）。
进一步地，所述回光接收模块（2）还包括用于对由偏振分光棱镜（210）分开的两束光分别进行光电转换的第二大气光电转换设备（211）。
按照本发明的第二方面，提供一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测方法，包括：
S100：使用激光发射模块向探测目标发射高重复频率、窄线宽的脉冲激光；
S200：激光在接触到探测目标后进行反射，回光接收模块接收汇聚目标回光信号和大气散射回光信号；
S300：大气散射回光信号进入到大气测量单元，经过大气光电转换设备转换成电信号，并存储进信号采集与控制模块；目标回光信号进入到距离探测单元，经过测距光电转换设备转换成电信号，并存储进信号采集与控制模块；
S400：大气测量单元通过采集到的信号用于反演大气光学参数，包括大气消光系数，反向散射系数参数廓线，通过反演的大气消光系数计算探测系统至目标处大气路径的透过率；距离探测单元通过采集到的信号识别和检测目标回光脉冲信号，计算目标距离；
S500：通过实时测量的大气透过率和目标距离，计算评估不同距离处的回光信号强度范围，以此设置适合该大气环境的目标回光阈值和控制光电转换设备的工作时序。
进一步地，S400中，所述目标距离为：
Figure 422059DEST_PATH_IMAGE001
其中，c为光速，t为接收到目标回光信号距激光脉冲发射的时间。
进一步地，步骤S400中，探测系统至目标处大气路径的透过率为：
Figure 577097DEST_PATH_IMAGE002
式中，T为大气路径的单程透过率，
Figure 971038DEST_PATH_IMAGE003
为大气消光系数，z表示离探测系统的距离， R为目标距离。
进一步地，步骤S500中，大气环境的目标回光阈值为：
Figure 818908DEST_PATH_IMAGE004
式中，Pt为接收到的脉冲回光信号强度，P为发射的激光脉冲强度，k为与设备相关 的系统常数，可以通过标定的方法测定，
Figure 540876DEST_PATH_IMAGE005
为目标漫反射率，A为目标有效反射面积。
进一步地，步骤S400中，大气光学参数包括大气物质非球形度的光学参数退偏比：
Figure 765184DEST_PATH_IMAGE006
其中，Pp（Z）为平行发射光偏振方向偏振光强度,Ps（Z）为垂直发射光偏振方向偏振光强度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明的系统，通过共光路、共形设计，解决了目标距离和大气光学参数探测方向的不一致问题，实现目标距离信息和大气光学参数的同时测量与输出，有利于设备的小型化、轻量化发展。
2.本发明的系统，通过大气测量单元所测得的大气光学参数可用于距离探测信号的阈值评估，根据不同的大气条件设置对应环境下的目标信号判定阈值，提高测距准确度。
3.本发明的系统，通过距离探测单元所测得的目标距离信息可用于大气测量单元的时序控制，避免了目标强回光对大气测量单元的损坏，解决了大气主动遥感设备在探测方向上需对硬目标回避问题。
4.本发明的方法，大气测量单元通过采集到的信号用于反演大气光学参数，通过反演的大气消光系数计算探测系统至目标处大气路径的透过率；距离探测单元通过采集到的信号识别和检测目标回光脉冲信号，计算目标距离，通过实时测量的大气透过率和目标距离，计算评估不同距离处的回光信号强度范围，以此设置适合该大气环境的目标回光阈值和控制光电转换设备的工作时序。
5.本发明的方法，采用时序控制的方法，在目标强回光信号到达时停止光电转换设备光电转换工作，避免目标强回光对光电转换设备造成损坏，实现大气测量单元只探测大气散射回光的目的。
6.本发明的方法，提出了额外探测退偏比这一大气光学参数，退偏比可作为大气气溶胶种类的判定依据，进而预估大气物质对激光的吸收作用，评估热晕对激光装备效能的影响。
附图说明
图1为本发明实施例一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测方法流程示意图；
图2为本发明实施例一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测装置结构示意图；
图3为本发明实施例不同大气透过率条件下回光信号示意图；
图4为本发明实施例另一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测装置结构示意图。
其中，所有附图中相同的附图标记表示同一个结构元件，1-激光发射模块、2-回光接收模块、3-信号采集及控制模块、101-激光器、102-扩束镜、201-接收物镜、202-光阑、203-准直透镜、204-窄带滤光片、205-分束镜、206-测距光电转换设备、207-中性衰减片、208-大气光电转换设备、209-1/2玻片、210-偏振分光棱镜、211-第二大气光电转换设备。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测方法，具体如下：
步骤1，使用激光发射模块向探测目标发射高重复频率、窄线宽的脉冲激光；
步骤2，激光在接触到探测目标后进行反射，回光接收模块接收汇聚目标回光信号和大气散射回光信号；
步骤3，大气散射回光信号进入到大气测量单元，经过大气光电转换设备转换成电信号，并存储进信号采集与控制模块；目标回光信号进入到距离探测单元，经过测距光电转换设备转换成电信号，并存储进信号采集与控制模块；
该步骤中，大气散射回光信号进入大气测量单元以及后续处理步骤与目标回光信号进入距离探测单元以及后续处理步骤是同步进行的，并无先后之分。
步骤4，大气测量单元通过采集到的信号用于反演大气光学参数，包括大气消光系数，反向散射系数等参数廓线，通过反演的大气消光系数计算探测系统至目标处大气路径的透过率；距离探测单元通过采集到的信号识别和检测目标回光脉冲信号，计算目标距离；
步骤5，通过实时测量的大气透过率和目标距离，计算评估不同距离处的回光信号强度范围，以此设置适合该大气环境的目标回光阈值和控制光电转换设备的工作时序；
该步骤中的光电转换设备为大气光电转换设备，才用时许控制的方法避免目标强回光对光电转换设备造成损坏。
实施例2
如图2所示，本发明实施例提供一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，包括激光发射模块1，回光接收模块2，信号采集及控制模块3。
激光发射模块1用于生成一定重复频率的窄线宽脉冲激光，包括激光器101，扩束镜102。激光器101发出高重复频率、窄线宽的脉冲激光，通过扩束镜102扩束后照向目标方向。扩束镜的目的在于压缩发射激光发散角，增强目标的回光强度，同时减小大气物质探测盲区。可优选的，扩束镜可采用离焦的方式改变不同作用距离时光束发散角，以满足不同作用距离处的照明范围需求。
回光接收模块2用于接收目标及大气物质散射回光并转化为电信号，包括接收物镜201、光阑202、准直透镜203、窄带滤光片204、分束镜205、测距光电转换设备206、中性衰减片207、大气光电转换设备208。接收物镜201起到接收汇聚目标回光信号和大气散射回光信号的作用，光阑202、准直透镜203可以将接受到的回光信号转为平行光，再通过窄带滤光片204对回光信号进行背景杂光过滤，经准直后的光通过分束镜205，一部分反射光线进入大气测量单元，一部分透射部分光线进入距离探测单元。距离探测单元由测距光电转换设备206构成，大气测量单元由中性衰减片207、大气光电转换设备208构成，中性衰减片207起到把进入大气测量单元的光线光强减小到气光电转换设备208工作范围内，测距光电转换设备206和大气光电转换设备208把传输进来的光信号转换成电信号。
更具体地说，光阑202放置在接收物镜201和准直透镜203的焦点处，通过调节光阑开孔大小以控制接收的视场角，进一步的，准直透镜203的位置可微调，以确保透过的光为平行光。
更进一步的是，由于目标回波信号较强，测距光电转换设备206可选用雪崩光电二极管，利用帕尔贴效应对雪崩光电二极管进行制冷，还可降低其暗电流，提高探测灵敏度。
更进一步的是，由于大气物质的散射回光信号很弱且动态范围大，大气光电转换设备208可选用光电倍增管。光电倍增管具有信噪比好、时间响应快、灵敏度高和动态范围大的特点，十分适合大气散射回光的接收。
信号采集及控制模块3用于距离探测单元和大气测量单元信号的采集及处理，并控制整个系统的工作时序。
更具体的实施方式是激光器101发出高重复频率、窄线宽的脉冲激光，通过扩束镜102扩束后照向目标方向，在接触目标后进行反射，目标回光信号和大气散射回光信号通过接收物镜201接收汇聚，依次通过光阑202、准直透镜203后转为平行光，再通过窄带滤光片204对背景杂光进行过滤，经准直后的光通过分束镜205，反射部分光线进入大气测量单元，透射部分光线进入距离探测单元。
进入距离探测单元的光线进入测距光电转换设备206转换为电信号，最终被信号采集与控制模块3存储。距离探测单元采集到的信号用于识别和检测目标回光脉冲信号，进而计算目标距离。目标距离的计算可采用下列公式：
Figure 561102DEST_PATH_IMAGE001
其中c为光速，t1为接收到目标回光信号距激光脉冲发射的时间，如图2所示。
进入大气测量单元的光线通过中性衰减片207减小光强至光电转换设备208工作 范围，然后进入大气光电转换设备208转换为电信号，最终被信号采集与控制模块3采集存 储。大气测量单元采集到的信号用于反演大气光学参数，利用Fernald方法反演大气消光系 数
Figure 517557DEST_PATH_IMAGE003
，后向散射系数
Figure 664504DEST_PATH_IMAGE007
等参数廓线，其中z表示离探测系统的距离。通过反演的大气消光 系数可以计算探测系统至目标处大气路径的透过率：
Figure 692503DEST_PATH_IMAGE002
式中T为大气路径的单程透过率，R为目标距离。
根据由实时测量的大气透过率和目标距离，计算评估不同距离处的回光信号强度范围，以此为依据设置适合该大气环境的目标回光探测阈值，目标信号判定阈值依据如下式子设置：
Figure 670824DEST_PATH_IMAGE004
式中Pt为接收到的脉冲回光信号强度，P为发射的激光脉冲强度，k为与设备相关 的系统常数，可以通过标定的方法测定，
Figure 594917DEST_PATH_IMAGE005
为目标漫反射率，A为目标有效反射面积，R为目标 距离，T为由大气测量单元测量反演得到的大气透过率。
如图2所示，在强大气透过率环境下，设置目标回光探测阈值为判定阈值1可有效识别目标。在弱大气透过率环境下，大气回光信号变强，而目标回光信号变弱，若维持原判定阈值1会导致目标的漏检。此时可根据实际大气透过率信息，降低目标信号强度判定阈值至判定阈值2以保证探测的准确度。该方法可有效减少目标回光脉冲漏检、误检的概率，提高距离探测准确度。
信号采集与控制模块3根据距离探测单元传递来的信号强度解算出的目标距离信息，控制光电转换设备208工作时序。由于光电转换设备208只适用于微弱的大气散射回光的光电转换，目标强回光会对其造成损坏。采用时序控制的方法，在目标强回光信号到达时（图2中t1时刻）停止光电转换设备208光电转换工作，避免目标强回光对光电转换设备208造成损坏，实现大气测量单元只探测大气散射回光的目的。
实施例3
如图3所示，本发明实施例提供一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，包括激光发射模块1，回光接收模块2，信号采集及控制模块3。
本发明实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，激光发射模块1中的激光器101发射高重复频率，窄线宽，线偏振的脉冲激光，回光接收模块2增加了1/2玻片209，偏振分光棱镜210和第二大气光电转换设备211。
更具体地说，1/2玻片209可以通过旋转1/2玻片角度，以调节光束偏振方向，使得透过的光束与发射激光偏振方向相匹配，偏振分光棱镜210起到将光束分离成偏振方向相互垂直的两束光，大气光电转换设备208和第二大气光电转换设备211的作用在于对由偏振分光棱镜210分开的两束光分别进行光电转换，平行发射光偏振方向偏振光强度记为Pp（Z）,垂直发射光偏振方向偏振光强度记为Ps（Z）。
表征大气物质非球形度的光学参数退偏比可用如下式子计算：
Figure 494740DEST_PATH_IMAGE006
本实施例可以额外探测退偏比这一大气光学参数。退偏比可作为大气气溶胶种类的判定依据，进而预估大气物质对激光的吸收作用，评估热晕对激光装备效能的影响。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，其特征在于，包括：
激光发射模块（1），其包括激光器（101）和扩束镜（102），所述激光器（101）发出高重复频率、窄线宽的脉冲激光，通过扩束镜（102）扩束后照向目标方向；
用于接收目标和大气物质散射回光并转化为电信号的回光接收模块（2），其包括用于接收汇聚目标回光信号和大气散射回光信号的接收物镜（201），通过光阑（202）、准直透镜（203）将接收到的回光信号转为平行光，再通过窄带滤光片（204）对回光信号进行背景杂光过滤，经准直后的光通过分束镜（205），一部分反射光线进入大气测量单元，一部分透射部分光线进入距离探测单元，该距离探测单元包括测距光电转换设备（206），所述大气测量单元包括中性衰减片（207）和大气光电转换设备（208），所述中性衰减片（207）把进入大气测量单元的光线光强减小到大气光电转换设备（208）工作范围内，测距光电转换设备（206）和大气光电转换设备（208）把传输进来的光信号转换成电信号；
以及信号采集及控制模块（3），用于对所述距离探测单元和大气测量单元的电信号进行采集和处理，所述大气测量单元通过采集到的信号用于反演大气光学参数，包括大气消光系数，反向散射系数参数廓线，通过反演的大气消光系数计算探测系统至目标处大气路径的透过率；距离探测单元通过采集到的信号识别和检测目标回光脉冲信号，计算目标距离，通过实时测量的大气透过率和目标距离，计算评估不同距离处的回光信号强度范围，以此设置适合大气环境的目标回光阈值并控制整个系统的工作时序。
2.根据权利要求1所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，其特征在于，所述光阑（202）设于所述接收物镜（201）和准直透镜（203）的焦点处，通过调节光阑（202）开孔大小控制接收物镜（201）的视场角。
3.根据权利要求2所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，其特征在于，所述准直透镜（203）的位置可微调，以确保透过的光为平行光。
4.根据权利要求3所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，其特征在于，所述测距光电转换设备（206）为雪崩光电二极管，利用帕尔贴效应对雪崩光电二极管进行制冷降低其暗电流，提高探测灵敏度。
5.根据权利要求4所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，其特征在于，所述大气光电转换设备（208）为光电倍增管。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，其特征在于，所述回光接收模块（2）还包括1/2玻片（209），通过旋转1/2玻片（209）的角度以调节光束偏振方向，使得透过的光束与发射激光偏振方向相匹配。
7.根据权利要求6所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，其特征在于，所述回光接收模块（2）还包括用于将光束分离成偏振方向相互垂直的两束光的偏振分光棱镜（210）。
8.根据权利要求7所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测系统，其特征在于，所述回光接收模块（2）还包括用于对由偏振分光棱镜（210）分开的两束光分别进行光电转换的第二大气光电转换设备（211）。
9.一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测方法，其特征在于，包括：
S100：使用激光发射模块向探测目标发射高重复频率、窄线宽的脉冲激光；
S200：激光在接触到探测目标后进行反射，回光接收模块接收汇聚目标回光信号和大气散射回光信号；
S300：大气散射回光信号进入到大气测量单元，经过大气光电转换设备转换成电信号，并存储进信号采集与控制模块；目标回光信号进入到距离探测单元，经过测距光电转换设备转换成电信号，并存储进信号采集与控制模块；
S400：大气测量单元通过采集到的信号用于反演大气光学参数，包括大气消光系数，反向散射系数参数廓线，通过反演的大气消光系数计算探测系统至目标处大气路径的透过率；距离探测单元通过采集到的信号识别和检测目标回光脉冲信号，计算目标距离；
S500：通过实时测量的大气透过率和目标距离，计算评估不同距离处的回光信号强度范围，以此设置适合大气环境的目标回光阈值和控制光电转换设备的工作时序。
10.根据权利要求9所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测方法，其特征在于，S400中，所述目标距离为：
Figure 247448DEST_PATH_IMAGE001
其中，c为光速，t为接收到目标回光信号距激光脉冲发射的时间。
11.根据权利要求9所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测方法，其特征在于，步骤S400中，探测系统至目标处大气路径的透过率为：
Figure 820381DEST_PATH_IMAGE002
式中，T为大气路径的单程透过率，
Figure 131276DEST_PATH_IMAGE003
为大气消光系数，z表示离探测系统的距离，R为 目标距离。
12.根据权利要求11所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测方法，其特征在于，步骤S500中，大气环境的目标回光阈值为：
Figure 933010DEST_PATH_IMAGE004
式中，Pt为接收到的脉冲回光信号强度，P为发射的激光脉冲强度，k为与设备相关的系 统常数，通过标定的方法测定，
Figure 544120DEST_PATH_IMAGE005
为目标漫反射率，A为目标有效反射面积。
13.根据权利要求11所述的一种激光测距和大气光学参数测量的复合探测方法，其特征在于，步骤S400中，大气光学参数包括大气物质非球形度的光学参数退偏比：
Figure 756796DEST_PATH_IMAGE006
其中，Pp（Z）为平行发射光偏振方向偏振光强度,Ps（Z）为垂直发射光偏振方向偏振光强度。
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US7049585B2 (en) * 2000-07-27 2006-05-23 Ebara Corporation Sheet beam-type testing apparatus
CN1198150C (zh) * 2001-06-20 2005-04-20 香港城市大学 具有微光学波面整形器的共轴微脉冲激光雷达系统
CN100495069C (zh) * 2004-11-20 2009-06-03 中国科学院安徽光学精密机械研究所 米散射偏振微脉冲激光雷达控制方法及装置
CN113281774B (zh) * 2021-05-21 2024-06-14 南京新环光电科技有限公司 高效紧凑的高光谱分辨率激光雷达系统、气溶胶后向散射系数和消光系数的获取方法
CN114167448A (zh) * 2021-11-17 2022-03-11 南京新环光电科技有限公司 一种基于激光雷达的联合观测与消光系数标定反演方法
CN114966727A (zh) * 2022-05-19 2022-08-30 中国工程物理研究院应用电子学研究所 光电系统共孔径发射接收激光测距光学装置

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