[摘要] 第一章绪论 课题研究背景与意义随着科学技术的发展和工业的进
第一章绪论
课题研究背景与意义随着科学技术的发展和工业的进步，特别是近些年国家对基础设施建设投入力度的加大，大型的建筑工程结构(如三峡大坝、鸟巢、水立方、首都机场)越来越多，从规模和建造角度来看，这些都是世界上数得上的大规模、高精密工程结构。然而，要建造出大规模的工程结构，必须在工程施工、验收以及后期的使用维护等各个阶段，准确地测量重要尺寸及尺寸误差的变化规律，才能保证工程结构的建造质量、安全性和精度。因此，大规模工程结构的高精度测量问题已成为目前国际上现代建造业中存在的突出问题，从而使得对这些大规模工程结构进行高精度的测量便成为了工程界迫切需要解决的一项关键技术。在当今社会的工程建造中，所使用的测量仪器多为经纬仪、水平仪、激光测距仪等，其中激光测距仪能与其它的测量仪器(如电子经纬仪)或扫描机构结合，组成智能型的全站仪、激光雷达和激光断面检测仪等。因此，本文所研究的高精度LD脉冲测}:La理论及其实现方法，具有重要的现实意义。I}
l前激光测距方法主要是相位法和脉冲法。相位法测距虽然精度高，但是不能实现长距离的测量。而脉冲法测距具有探测距离远、对光源相干性要求低等优点，它利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点，在平均光功率相同的条件下，能够实现有限精度的长距离测量。因而被广泛地应用于建筑工程、工业、航空航天、军事、大地大气探测和机器人技术等领域。不同的应用领域对测量范围与精度有小同的要求。因此，在无合作目标和长距离的条件下，提高激光脉冲测,;EJ1..的精度就显得十分必要。半导体激光器(LD)的出现为激光测距技术的民用化提供了一种新的技术手段，因为LD体积小、功耗低、寿命长、发光强度大，而且发光强度可随注入电流的大小变化，即可通过激励电源直接调制，这种调制特性大大地简化了测距系统的结构。同时，山于电子技术的发展，半一导体电路和集成电路的应用，使得采用LD作为光源的激光测距系统测程可达几公里，且测距仪的体积小、重量轻、功耗低。
因此，LD是研制激光脉冲测距较为理想的光源。激光测距仪集成了光学、机械、电子和计算机等相关新技术和新理论，因此随着激光技术、电子技术、计算技术和集成光学的发展以及数据微处理与存储性能的提高，日前激光测跪仪的发展趋势将体现在以下儿个方面:(1)小型轻便化，对人眼安全的发展趋势;C2)无合作目标的发展趋势;C3)长距离、高精度的发展趋势;C4)与其它光电仪器集成化的趋势。但是，目前激光测距技术主要有两个发展方向【’l:(1)在应用领域将测距系统与扫描机构结合，构成激光三维形貌测绘系统或者激光雷达;(2)在无合作目标和长距离的条件下，研究如何提高激光测距系统本身的测距精度。.2激光测距技术目前，激光测距机所使用的主要测距方法是脉冲法激光测距和相位法激光测距。2.1相位法相位法测距是激光测距的主要方式之一，也是目前测距精度较高，应用最广泛的一种测距方法。相位法测距是采用测定“调制光波”往返于被测距离上的相位差，间接求定距离的方法。
相位法测距的一般公式是:式(1-1)知，所谓相位法激光测距，就是用连续调制的激光光束照射被测目标，通过测量光束往返中产生的相位变化必(代替往返时间t)，换算出被测目标的距离，原理见相位法测距原理Fig.l一1Phasemethodoflaserrangingprinciple图中A表示调制光波的发射点，B表示安置反射器的地点，A’表示测距仪中光波的接收点。当用较短波长的光波测量时(图中实线波)
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摘要 4-6
ABSTRACT 6-7
第一章 绪论 15-23
1.1 课题研究背景与意义 15-16
1.2 激光测距技术 16-19
1.2.1 相位法 16-18
1.2.2 脉冲法 18-19
1.3 国内外发展现状 19-21
1.4 本文主要研究内容 21-23
第二章 高精度激光脉冲测距理论分析 23-37
2.1 高精度激光脉冲测距原理 23-25
2.2 定时甄别误差分析 25-29
2.2.1 信号幅度变化引起的时间游动 25-26
2.2.2 信号上升时间变化引起的时间游动 26-27
2.2.3 噪声引起的时间晃动 27-28
2.2.4 信号统计涨落引起的时间晃动 28-29
2.3 过零定时甄别 29-30
2.4 双极性信号成形 30-36
2.4.1 无源CR微分成形 31-34
2.4.2 有源CR微分成形 34-36
2.5 本章小结 36-37
第三章 时间间隔测量技术研究 37-44
3.1 时间间隔测量原理分析 37-39
3.1.1 脉冲计数法 37-38
3.1.2 模拟内插法 38-39
3.2 "粗"计数和"细"时间间隔测量 39-43
3.2.1 "粗"计数测量 39-40
3.2.2 "细"时间间隔测量 40-43
3.3 本章小结 43-44
第四章 过零定时甄别系统研制 44-52
4.1 过零定时甄别系统结构 44
4.2 双极性信号成形电路 44-45
4.3 高精度双阈过零定时甄别电路 45-50
4.3.1 双阈过零定时甄别电路 45-46
4.3.2 关键元件性能特点 46-49
4.3.3 稳定过零比较器阈值电平的措施 49-50
4.4 实验结果 50-51
4.5 本章小结 51-52
第五章 激光脉冲峰值保持电路研制 52-57
5.1 脉冲峰值保持电路原理 52-53
5.2 窄脉冲峰值保持电路 53-54
5.3 窄脉冲峰值保持电路实验结果 54-56
5.4 本章小结 56-57
第六章 APD偏压电路研制 57-63
6.1 升压式DC/DC电源变换原理 57-58
6.2 高压偏置电路 58-61
6.2.1 电路组成、工作原理 58-59
6.2.2 关键元件参数的确定方法 59-61
6.2.3 外围电路设计 61
6.3 实验结果 61-62
6.4 本章小结 62-63
第七章 高精度LD脉冲测距系统样机研制 63-67
7.1 系统结构 63-64
7.2 实验装置 64-65
7.3 样机测试结果 65-66
7.4 本章小结 66-67
第八章 总结与展望 67-69
8.1 主要工作的总结 67
8.2 未来工作的展望 67-69
参考文献 69-72
致谢 72-73
研究成果及发表的学术论文 73-74
作者和导师简介 74-75
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书 75-76
