CN216900928U - 一种激光测距系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种激光测距系统。包括激光发射器、激光扩束系统、回光接收系统和信号采集处理系统；高能激光器和低能激光器分别发射出远距离测距激光和近距离测距激光，经激光扩束系统扩充准直后射向远距离目标物体/近距离目标物体；远距离/近距离回光接收系统接收从远距离/近距离目标物体返回的激光，信号采集处理系统分别采集处理所述高能激光器/近距离测距激光信号和从目标物体返回的远/近距离测距激光信号，并计算所述远距离/近距离目标物体距离本实用新型通过额外设置一个低脉冲能量的激光发射器实现了激光测距离的近距离和远距离的测量，弥补了脉冲法激光测距机在近距离无法对真空距离测量的问题。

Description

一种激光测距系统
技术领域
本实用新型涉及激光探测技术领域，特别涉及一种激光测距系统。
背景技术
目前，激光测距机一般包含基于连续激光的相位法激光测距和基于脉冲激光的脉冲法激光测距两类，两者各有特点：基于相位的激光测距设备，其成本低、测距精度高但是测距范围有限，反之，基于脉冲的激光测距机，其成本高、测距精度低，但是可以测量很远的距离。因此，两者的应用场景的是各异的。在军用领域，激光测距机一般作为光电观测系统的辅助设备，与其他光电设备集成在同一设备内，因此要求其与其他光电设备的工作距离相当，此时只能采用基于脉冲的激光测距法。
但是，由于脉冲法激光测距机激光发射的脉冲峰值功率非常高，一般而言，为了保护探测器，防止近距离的目标回波功率太强而损坏探测器，近距离的目标是默认不进行测量的。因此，脉冲法激光测距机在近距离有一个测量的真空距离，这个距离一般有0～200m的范围。这将严重影响其作用效果，因此迫切需要一种新的技术，来拟补脉冲激光测距机在这一真空距离。
实用新型内容
本实用新型提供一种激光测距系统，用以来拟补脉冲激光测距机在这一真空距离。具体方案为：
一种激光测距系统，包括激光发射器、激光扩束系统、回光接收系统和信号采集处理系统；
所述激光发射器包括高能激光器和低能激光器，所述高能激光器用于发射远距离测距激光，所述低能激光器用于发射近距离测距激光；
所述激光扩束系统用于将所述激光发射器发射的激光扩束后射向远距离目标物体/近距离目标物体；
所述回光接收系统用于接收从所述远距离目标物体/近距离目标物体返回的激光；
所述信号采集处理系统包括远距离测距激光信号采集处理系统和近距离测距激光信号采集处理系统；
所述远距离测距激光信号采集处理系统用于采集所述高能激光器发射的远距离测距激光信号和从所述远距离目标物体返回的远距离测距激光信号，并计算所述远距离目标物体距离；
所述近距离测距激光信号采集处理系统用于采集所述低能激光器发射的近距离测距激光信号和从所述近距离目标物体返回的近距离测距激光信号，并计算所述近距离目标物体距离。
进一步的，所述激光扩束系统包括依次设置的第一光束扩充镜组、第二光束扩充镜组；
所述第一光束扩充镜组和第二光束扩充镜组位于所述高能激光器和低能激光器所发射激光的轴线上；
所述第一光束扩充镜组和第二光束扩充镜组同心设置，所述第一光束扩充镜组到第二光束扩充镜组之间的距离等于两者的焦距之和。
进一步的，所述激光扩束系统还包括光轴转折系统；所述光轴转折系统包括第一分光镜和第一反射镜，
所述第一分光镜和第一反射镜分别位于所述高能激光器和所述低能激光器的发射激光光路上；
所述高能激光器的发射激光透过所述第一分光镜进入所述第一光束扩充镜组的入射端；所述低能激光器的发射激光经第一反射镜反射后进入所述第一光束扩充镜组的入射端。
进一步的，所述第一分光镜和所述第一反射镜与水平面的夹角均为45°，所述第一分光镜和所述第一反射镜在竖直方向上平行设置；
所述第一反射镜为全反射镜，且中心位于所述低能激光器发射光束的轴线上；
所述第一分光镜的中心位于所述高能激光器发射光束的轴线上，所述第一分光镜对所述高能激光器发出的激光全部透光，所述第一分光镜对所述低能激光器发出的激光全部反射。
进一步的，所述远距离测距激光信号采集处理系统包括第二探测器、第一电路与信号处理模块和第三探测器，第一电路与信号处理模块分别与所述第二探测器和所述第三探测器连接；
所述第二探测器位于所述扩束系统的出射光路上；
所述第三探测器位于所述回光接收系统的出射光路上；
所述近距离测距系统包括第一滤光片、第一探测器、第二电路信号处理模块、第四探测器；
所述第二电路信号处理模块分别与所述的第一探测器和第四探测器连接；
所述第一探测器位于所述扩束系统的出射光路上；
所述第四探测器位于所述回光接收系统的出射光路上。
进一步的，信号采集处理系统还包括反射信号传输系统；
所述反射信号传输系统用于将经扩束后的所述发射激光传输至所述信号采集处理系统；
所述反射信号传输系统包括取样棱镜和第二分光镜；
所述取样棱镜的入射端位于所述扩束系统出射端的部分光路上；
所述第二分光镜位于所述取样棱镜的出射光路上；
所述第二探测器和所述第一探测器分别位于所述第二分光镜的两路分光出射光路上。
进一步的，所述取样棱镜为三棱镜；
所述第二分光镜与水平面成45°角，所述第二分光镜为1/2分光镜，用于将主光束分成均等的相互垂直两束子光束。
进一步的，所述第一探测器与所述第二分光镜之间还设置有第一滤光片，所述第一滤光片用于衰减所述高能激光器发出的激光，透过所述低能激光器发出的激光。
进一步的，所述回光接收系统包括远距离回光接收系统和近距离回光接收系统；
所述远距离回光接收系统位于所述远距离目标物体的反射回光光路上；
所述近距离回光接收系统位于所述近距离目标物体的反射回光光路上，所述近距离回光接收系统与所述近距离目标物体之间还设置有第二滤光片，所述第二滤光片用于过滤杂光和高能激光器发出的激光。
进一步的，所述第一光束扩充镜组为短焦距透镜；所述第二光束扩充镜组为长焦距透镜。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型通过额外设置一个低脉冲能量的激光发射器和近距离测量系统实现了激光测距离的近距离和远距离的测量，弥补了脉冲法激光测距机在近距离无法对真空距离测量的问题。
具体为高能激光发射器和远距离测距系统实现对传统的脉冲激光仪在正常量程范围内的测量；低能激光发射器和近距离测距系统克服了传统的脉冲激光测距仪无法对真空距离进行测量的缺陷，即无法 0～200m范围的距离进行测量；
通过光轴转折系统的设置实现了对高能激光发射器或低能激光发射器发出的脉冲光束的成像质量；
通过第一光束扩充镜组和第二光束扩充镜组的设置，扩展了激光束的直径、减小了激光束的发散角，实现了接收装置更好的捕捉及识别光束，从而保证测距仪在整个量程范围内都有较高的精确度。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型实施例中一种激光测距仪结构示意图，
其中，101-高能激光器，102-低能激光器，103-光轴转折系统， 104-第一光束扩充镜组，105-第二光束扩充镜组，106-取样棱镜，107- 第二分光镜，108-第一滤光片，109-第一探测器，110-第二探测器， 111-第一电路与信号处理模块，112-第三探测器，113-远距离回光接收系统，114-第二电路与信号处理模块，115-第四探测器，116-近距离回光接收系统，117-第二滤光片，201-第一反射镜，202-第一分光镜。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
根据附图1所示的一种激光测距仪，包括激光发射器、激光扩束系统、回光接收系统和信号采集处理系统；
所述激光发射器包括高能激光器101和低能激光器102，所述高能激光器101用于发射远距离测距激光，所述低能激光器102用于发射近距离测距激光；
所述激光扩束系统用于将所述激光发射器发射的激光扩束后射向远距离目标物体/近距离目标物体；
所述回光接收系统用于接收从所述远距离目标物体/近距离目标物体返回的激光；
所述信号采集处理系统包括远距离测距激光信号采集处理系统和近距离测距激光信号采集处理系统；
所述远距离测距激光信号采集处理系统用于采集所述高能激光器101发射的远距离测距激光信号和从所述远距离目标物体返回的远距离测距激光信号，并计算所述远距离目标物体距离；
所述近距离测距激光信号采集处理系统用于采集所述低能激光器102发射的近距离测距激光信号和从所述近距离目标物体返回的近距离测距激光信号，并计算所述近距离目标物体距离。
本实用新型的一个实施例中，所述激光扩束系统包括依次设置的第一光束扩充镜组104、第二光束扩充镜组105；
所述第一光束扩充镜组104和第二光束扩充镜组105位于所述高能激光器101和低能激光器102所发射激光的轴线上；
所述第一光束扩充镜组104和第二光束扩充镜组105同心设置，所述第一光束扩充镜组104到第二光束扩充镜组105之间的距离等于两者的焦距之和。
本实用新型的一个实施例中，所述激光扩束系统还包括光轴转折系统103；所述光轴转折系统103包括第一分光镜202和第一反射镜 201，
所述第一分光镜202和第一反射镜201分别位于所述高能激光器 101和所述低能激光器102的发射激光光路上；
所述高能激光器101的发射激光透过所述第一分光镜202进入所述第一光束扩充镜组104的入射端；所述低能激光器102的发射激光经第一反射镜201反射后进入所述第一光束扩充镜组104的入射端。
本实用新型的一个实施例中，所述第一分光镜202和所述第一反射镜201与水平面的夹角均为45°，所述第一分光镜202和所述第一反射镜201在竖直方向上平行设置；
所述第一反射镜201为全反射镜，且中心位于所述低能激光器 102发射光束的轴线上；
所述第一分光镜202的中心位于所述高能激光器101发射光束的轴线上，所述第一分光镜202对所述高能激光器101发出的激光全部透光，所述第一分光镜202对所述低能激光器102发出的激光全部反射。
本实用新型的一个实施例中，所述远距离测距激光信号采集处理系统包括第二探测器110、第一电路与信号处理模块111和第三探测器112，第一电路与信号处理模块111分别与所述第二探测器110和所述第三探测器112连接；
所述第二探测器110位于所述扩束系统的出射光路上；
所述第三探测器112位于所述回光接收系统的出射光路上；
所述近距离测距系统包括第一滤光片108、第一探测器109、第二电路信号处理模块114、第四探测器115；
所述第二电路信号处理模块114分别与所述的第一探测器109和第四探测器115连接；
所述第一探测器109位于所述扩束系统的出射光路上；
所述第四探测器115位于所述回光接收系统的出射光路上。
本实用新型的一个实施例中，所述信号采集处理系统还包括反射信号传输系统；
所述反射信号传输系统用于将经扩束后的所述发射激光传输至所述信号采集处理系统；
所述反射信号传输系统包括取样棱镜106和第二分光镜107；
所述取样棱镜106的入射端位于所述扩束系统出射端的部分光路上；
所述第二分光镜107位于所述取样棱镜106的出射光路上；
所述第二探测器110和所述第一探测器109分别位于所述第二分光镜107的两路分光出射光路上。
本实用新型的一个实施例中，所述取样棱镜106为三棱镜；
所述第二分光镜107与水平面成45°角，所述第二分光镜107 为1/2分光镜，用于将主光束分成均等的相互垂直两束子光束。
本实用新型的一个实施例中，所述第一探测器109与所述第二分光镜107之间还设置有第一滤光片108，所述第一滤光片108用于衰减所述高能激光器101发出的激光，透过所述低能激光器102发出的激光。
需要说明的是，本实用新型的第一滤光片108优选为窄带滤光片。
本实用新型的一个实施例中，所述回光接收系统包括远距离回光接收系统113和近距离回光接收系统116；
所述远距离回光接收系统113位于所述远距离目标物体的反射回光光路上；
所述近距离回光接收系统116位于所述近距离目标物体的反射回光光路上，所述近距离回光接收系统116与所述近距离目标物体之间还设置有第二滤光片117，所述第二滤光片117用于过滤杂光和高能激光器101发出的激光。
本实用新型的一个实施例中，所述第一光束扩充镜组104为短焦距透镜；所述第二光束扩充镜组105为长焦距透镜。
需要说明的是，本实用新型中所述的远距离接收装置113和近距离接收装置均为常规的激光接收光学系统。
所述108对所述高能激光器101发出的激光进行衰减，对所述低能激光器102发出的激光透过；
所述第一探测器109对所述低能激光器102发出的激光进行探测；
所述第二探测器110对所述高能激光器101发出的激光进行探测；
所述第一电路与信号处理模块111对远距离激光测距的信号进行处理；
所述第三探测器112对所述高能激光器101发出的激光进行探测；
所述第四探测器115对所述低
能激光器102发出的激光进行探测；
所述低能接收光学系统116对近距离目标回波进行接收；
所述第二电路与信号处理模块114对近距离激光测距的信号进行处理；
所述高能激光器101为长波发射器，所述低能激光器102为短波发射器；所述高能激光器101为固体激光器或者其他发射高峰值功率脉冲的激光器；所述低能激光器102为半导体激光器、固体激光器、光纤激光器或其它可发射低峰值功率脉冲的激光器；
所述第一光束扩充镜组104为短焦距透镜；第二光束扩充镜组 105为长焦距透镜。
本实用新型的工作过程为：
远距离测距分系统工作过程为：高能激光器101发出的光束经过第一光束扩束镜组104和第二光束扩束镜组105，经扩束准直后射向目标测量物，此时取样棱镜106会对发射光束进行采样，采样的光束经过第二探测器110探测，其取样信号作为远距离测距分系统计时的开始，从目标返回的回波信号经过远距离回光接收系统113后，由第三探测器112对信号进行探测，探测的目标信号作为远距离测距分系统计时的结束，通过计算计时的时间可以得到远距离目标的距离值。
近距离测距分系统工作过程为：低能量激光器102发出的光经过光轴转折系统103后入射到第一光束扩充镜组104和第二光束扩充镜组105，经扩束准直后射向目标测量物，同时取样棱镜106会对发射光束进行采样，采样的光束经过第一滤光片108过滤，将高能激光器101发射的光波进行衰减过滤，然后入射到第一探测器109探测，其取样信号作为近距离测距分系统计时的开门信号，从目标返回的回波信号经过第二滤光片117，对高能激光器101发射的光波进行衰减过滤，然后进入近距离回光接收系统116，由第四探测器115对信号进行探测，探测的目标信号作为近距离测距分系统计时的结束，通过计算计时的时间可以得到近距离目标的距离值。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种激光测距系统，其特征在于，包括激光发射器、激光扩束系统、回光接收系统和信号采集处理系统；
所述激光发射器包括高能激光器(101)和低能激光器(102)，所述高能激光器(101)用于发射远距离测距激光，所述低能激光器(102)用于发射近距离测距激光；
所述激光扩束系统用于将所述激光发射器发射的激光扩束后射向远距离目标物体/近距离目标物体；
所述回光接收系统用于接收从所述远距离目标物体/近距离目标物体返回的激光；
所述信号采集处理系统包括远距离测距激光信号采集处理系统和近距离测距激光信号采集处理系统；
所述远距离测距激光信号采集处理系统用于采集所述高能激光器(101)发射的远距离测距激光信号和从所述远距离目标物体返回的远距离测距激光信号，并计算所述远距离目标物体距离；
所述近距离测距激光信号采集处理系统用于采集所述低能激光器(102)发射的近距离测距激光信号和从所述近距离目标物体返回的近距离测距激光信号，并计算所述近距离目标物体距离。
2.如权利要求1所述的一种激光测距系统，其特征在于，所述激光扩束系统包括依次设置的第一光束扩充镜组(104)、第二光束扩充镜组(105)；
所述第一光束扩充镜组(104)和第二光束扩充镜组(105)位于所述高能激光器(101)和低能激光器(102)所发射激光的轴线上；
所述第一光束扩充镜组(104)和第二光束扩充镜组(105)同心设置，所述第一光束扩充镜组(104)到第二光束扩充镜组(105)之间的距离等于两者的焦距之和。
3.如权利要求2所述的一种激光测距系统，其特征在于，所述激光扩束系统还包括光轴转折系统(103)；所述光轴转折系统(103)包括第一分光镜(202)和第一反射镜(201)，
所述第一分光镜(202)和第一反射镜(201)分别位于所述高能激光器(101)和所述低能激光器(102)的发射激光光路上；
所述高能激光器(101)的发射激光透过所述第一分光镜(202)进入所述第一光束扩充镜组(104)的入射端；所述低能激光器(102)的发射激光经第一反射镜(201)反射后进入所述第一光束扩充镜组(104)的入射端。
4.如权利要求3所述的一种激光测距系统，其特征在于，所述第一分光镜(202)和所述第一反射镜(201)与水平面的夹角均为45°，所述第一分光镜(202)和所述第一反射镜(201)在竖直方向上平行设置；
所述第一反射镜(201)为全反射镜，且中心位于所述低能激光器(102)发射光束的轴线上；
所述第一分光镜(202)的中心位于所述高能激光器(101)发射光束的轴线上，所述第一分光镜(202)对所述高能激光器(101)发出的激光全部透光，所述第一分光镜(202)对所述低能激光器(102)发出的激光全部反射。
5.如权利要求3所述的一种激光测距系统，其特征在于，所述远距离测距激光信号采集处理系统包括第二探测器(110)、第一电路与信号处理模块(111)和第三探测器(112)，第一电路与信号处理模块(111)分别与所述第二探测器(110)和所述第三探测器(112)连接；
所述第二探测器(110)位于所述扩束系统的出射光路上；
所述第三探测器(112)位于所述回光接收系统的出射光路上；
所述近距离测距系统包括第一滤光片(108)、第一探测器(109)、第二电路信号处理模块(114)、第四探测器(115)；
所述第二电路信号处理模块(114)分别与所述的第一探测器(109)和第四探测器(115)连接；
所述第一探测器(109)位于所述扩束系统的出射光路上；
所述第四探测器(115)位于所述回光接收系统的出射光路上。
6.根据权利要求5所述的一种激光测距系统，其特征在于，信号采集处理系统还包括反射信号传输系统；
所述反射信号传输系统用于将经扩束后的所述发射激光传输至所述信号采集处理系统；
所述反射信号传输系统包括取样棱镜(106)和第二分光镜(107)；
所述取样棱镜(106)的入射端位于所述扩束系统出射端的部分光路上；
所述第二分光镜(107)位于所述取样棱镜(106)的出射光路上；
所述第二探测器(110)和所述第一探测器(109)分别位于所述第二分光镜(107)的两路分光出射光路上。
7.根据权利要求6所述的一种激光测距系统，其特征在于，所述取样棱镜(106)为三棱镜；
所述第二分光镜(107)与水平面成45°角，所述第二分光镜(107)为1/2分光镜，用于将主光束分成均等的相互垂直两束子光束。
8.根据权利要求6所述的一种激光测距系统，其特征在于，所述第一探测器(109)与所述第二分光镜(107)之间还设置有第一滤光片(108)，所述第一滤光片(108)用于衰减所述高能激光器(101) 发出的激光，透过所述低能激光器(102)发出的激光。
9.根据权利要求1所述的一种激光测距系统，其特征在于，所述回光接收系统包括远距离回光接收系统(113)和近距离回光接收系统(116)；
所述远距离回光接收系统(113)位于所述远距离目标物体的反射回光光路上；
所述近距离回光接收系统(116)位于所述近距离目标物体的反射回光光路上，所述近距离回光接收系统(116)与所述近距离目标物体之间还设置有第二滤光片(117)，所述第二滤光片(117)用于过滤杂光和高能激光器(101)发出的激光。
10.如权利要求2所述的一种激光测距系统，其特征在于，所述第一光束扩充镜组(104)为短焦距透镜；所述第二光束扩充镜组(105)为长焦距透镜。
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