CN1831561A - Ld抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法 - Google Patents

Ld抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1831561A
CN1831561A CN 200610012625 CN200610012625A CN1831561A CN 1831561 A CN1831561 A CN 1831561A CN 200610012625 CN200610012625 CN 200610012625 CN 200610012625 A CN200610012625 A CN 200610012625A CN 1831561 A CN1831561 A CN 1831561A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
light
solid state
chaos
measured
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200610012625
Other languages
English (en)
Other versions
CN100478704C (zh
Inventor
王云才
王安帮
王金定
王冰洁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CNB2006100126255A priority Critical patent/CN100478704C/zh
Publication of CN1831561A publication Critical patent/CN1831561A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100478704C publication Critical patent/CN100478704C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置及其方法，其特点是混沌固体激光器是由半导体激光器抽运激光晶体构成，并通过外光反馈等方法产生宽带混沌激光，利用宽带混沌激光，经激光准直***和分束镜将混沌激光分为探测光和参考光，探测光为测距信号照射待测目标，被测目标反射信号由望远镜和光电探测器转换成电信号、数字信号输入计算机；参考光照射探测器转换后经可调电延迟线输入计算机；计算机对参考光和探测光信号进行互相关比较，测出探测光的往返飞行时间，计算出待测距离。本发明利用混沌激光测距范围广，抗干扰能力强，测量精度优于1.5厘米。

Description

LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法
技术领域
本发明属于激光测距装置及其方法领域，特别是一种利用半导体激光器抽运的固体激光器产生混沌激光信号，实现激光测距的装置及方法，可应用于工农业生产、军事、通信、遥感等领域。
背景技术
激光作为具有极高的单色性、准直性、相干性的信息载体，已成为距离测量的首选工具。使用激光测距的方法基本上可分为两种：激光几何测距法和激光飞行时间测距法。
激光几何测距法利用PSD(位敏器)或CCD探测激光的光斑位置，再根据几何关系计算出待测距离。其在很短距离测量有较好的精度，但随着测量距离的增大，精度急剧下降，参见在先技术[1](Kozo Ohtani，Misuru Baba，A Rangefinding Approach by Detecting the Position and the Incident Angle of aLight-Stripe，IEEE Instru.and Mea.Techno.Conf.2002)。
激光飞行时间测距法是目前广泛使用的一种激光测距方法，其关键在于测量激光从测距仪射出开始、照射到目标物上、再反射回到测距仪的光传感器元件上为止，所需的飞行时间(Time-of-Flight)Td，然后根据D＝cTd/2计算出待测距离D，其中c为光速。在先技术[2](参见L.Fulbert，R.Accomo，E.Molva，et al.Microchip laser range finder，Lasers and Electro-Optics，CLEO’96.1996.)是一种直接测量光脉冲飞行时间的测距方法，由脉冲激光器发出一脉宽很窄的激光脉冲触发计时器开始计时，到该激光脉冲被待测目标反射回来，计时器停止计时，计时器记录的时间间隔即为光脉冲的飞行时间Td。这种方法的测量精度直接和激光脉冲的宽度相关，为提高精度需要高性能的激光器发射超短脉冲和能快速响应的计时***。在先技术[3](参见B.Journet，G.Bazin，F.Bras，Conception of an adaptative laser range finder based on phase shiftmeasurement，IEEE.1996.)是一种利用连续激光相位信息来计算激光飞行时间的测距方法，仪器中的光源发出连续光，通过调制器调制后成为调制光射向目标，调制光的光强随时间作周期变化，测定光波往返过程中的调制信号整周期数T及不足一个周期相位值′，就可以确定光波的往返时间间隔Td，从而计算出所测距离。采用这种方法测距时，为提高测量精度要求调制信号的周期T尽量小，但当调制信号的周期T小于光的飞行时间Td时，相移＝2πn+′，仪器可以测出′，但不能确定n，测量结果会存在不确定性。在先技术[4](参见D.Dupuy，M.Lescure，Improvement of the FMCW Laser Range-Finder by an APD Workingas an Optoelectronic Mixer，IEEE Instru.and Mea.Techno，2002.)是一种利用连续激光频率信息提取激光飞行时间的测距方法，通过发射一频率连续可调的激光，接收光和发射光由于啁啾而存在频率漂移，所以在混频器中将产生拍频，这个拍频和激光飞行时间成正比，也即与待测距离成正比。这种方法需要有昂贵的高重复频率的调制电路来调节激光频率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法。以解决现有技术中几何测距存在的测量距离短、直接脉冲测距存在的测量精度依赖脉冲宽度、利用相位信息测距中存在的测量不确定性和利用频率信息测距存在的要有高重复频率的调制源的问题。
本发明提供的LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置包括混沌固体激光器、激光准直***、分束镜、待测目标、望远镜、光电探测器I、A/D转换器I、光电探测器II、A/D转换器II、可调电延迟线和计算机，其特征在于所述的混沌固体激光器是由半导体激光器抽运YAG、YVO4或YLF激光晶体构成，并通过外光反馈、自注入或调制的方法产生宽带混沌激光。
用于本发明LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置的方法是利用混沌固体激光器产生宽带混沌激光，经过激光准直***准直，用分束镜将混沌激光分为探测光I和参考光II，探测光I作为测距信号照射到待测目标上，被待测目标反射回来的回波信号，通过望远镜收集并经过光电探测器I转换成电信号，再由A/D转换器I转换成数字信号输入计算机；参考光II直接照射到光电探测器II，由A/D器II转换后，经过一个可调电延迟线输入计算机；利用计算机软件对参考光和探测光信号进行互相关比较，测出探测光I在自由空间的往返飞行时间Td，计算出待测距离。
本发明提出的小型的LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法和在先技术比较具有以下特点：
1.在先技术[1][2][3][4]分别利用了激光的几何特性、脉冲特性、相位信息、频率信息作为测距的信息载体，本发明利用LD抽运固体激光器产生的宽带混沌激光作为测距信号。
2.本发明利用混沌激光的互相关特性来提取激光飞行时间，抗干扰能力强，噪声容忍度大。
3.与在先技术相比，测量精度不会随着测量距离的增大而降低；利用连续的混沌激光进行测距，不需要高速调制源；由于混沌信号具有不重复的特性，故也不存在测量不确定性。
4.测量距离范围广，最小可测小于10cm的距离，在激光器能量较高和在待测目标上加反射器的配合情况下，最远测量距离可达数千米。
5.测量精度高，在激光器出射混沌激光带宽大于25GHz时的测量精度优于3cm，如果在短距离测量中利用光互相关仪进行互相关，则精度最高可达1.5cm。
附图说明
附图是本发明的结构信号传递示意图
图中：1：激光器电流脉冲驱动电源  2：半导体激光器  3：激光晶体4：激光准直***  5：分束镜  6：待测目标  7：望远镜  8：光电探测器I  9：A/D转换器I  10：光电探测器II  11：A/D转换器II  12：可调电延迟线  13：计算机
具体实施方式
本发明LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置，包括固体激光器、激光准直***、分束镜、待测目标、望远镜、光电探测器I、A/D转换器I、光电探测器II、A/D转换器II、可调电延迟线和计算机，其中所述的固体激光器是由半导体激光器(2)抽运YAG、YVO4或YLF激光晶体(3)构成，并通过外光反馈、自注入或调制的方法产生宽带混沌激光。下面结合附图以调制LD抽运的Nd3+:YVO4固体激光器产生混沌激光进行测距为例，对本发明作进一步说明：
本发明混沌激光信号产生装置由激光器电流脉冲驱动电源1，半导体激光器2，微片激光晶体3组成。激光器电流脉冲驱动电源1能够为激光器提供直流偏置和调制电流脉冲，半导体激光器2采用808nm的量子阱激光器，用来抽运微片激光晶体3，微片激光晶体3为3×3×1mm3的Nd3+:YVO4晶体，在晶体通光面上按要求镀膜构成激光器的两个腔镜。当调节激光器电流脉冲驱动电源1为激光器提供直流偏置和重复频率约为激光器弛豫振荡频率的调制电流脉冲时，该微片激光器可以出射高效率的1064nm的混沌激光信号。
本发明输出混沌激光经准直***4后，由分束镜5将激光分为I光和II光。I光作为探测光I照射到待测目标6上，经过待测目标6反射的回波信号由望远镜7收集，再由高灵敏度低噪声光电探测器8转化为电信号，经A/D转换器9将模拟信号转换成数字信号后，通过计算机接口将数据信息传输到计算机13。II光作为参考光II，由分束镜5分束后直接照射到性能参数和探测器8相同的光电探测器10上，将光信号转化为电信号，再经过A/D转换器11传输到可调电延迟线12上，最后由可调电延迟线12传入计算机13，计算机将两路信号进行互相关处理。由于两路信号从同一混沌激光中分离出来，而且探测光I和参考光II回路中所采用的光电探测器8、10，A/D转换器9、11的性能参数一样，故两路信号的差别是空间传播时间和强度的差别，所以在进行互相关时，互相关曲线会在某一时刻t存在唯一的峰值。
本发明可调电延迟线12的作用主要在于标定和校准仪器，通过将探测光I照射到一个已知标准距离为L的物体上，将返回的探测光I和参考光II信号分别经过A/D转换进入计算机进行互相关，调节延迟线的延迟时间使互相关曲线的峰值出现在t1(一般取t1＝0)时刻，则待测目标6的距离D，可通过D＝L+(t2-t1)c/2计算得到，其中t2是被待测目标6反射回来的探测光I和参考光II信号分别经过A/D转换进入计算机进行互相关，互相关曲线峰值所对应的时刻；调节各项参数使激光器出射的混沌激光光谱平坦，带宽大于25GHz时，测量精度优于3cm，在测量短距离目标时，可以在参考光II中加入光延迟线，将参考光II和返回来的探测光I直接耦合进入一个光互相关仪进行互相关，实现全光测量，省去了复杂的电路装置，测量精度可以提高到1.5cm，同时加快了测量速度。

Claims (2)

1.LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置，包括固体激光器、激光准直***、分束镜、待测目标、望远镜、光电探测器I、A/D转换器I、光电探测器II、A/D转换器II、可调电延迟线和计算机，其特征在于所述的固体激光器是由半导体激光器(2)抽运YAG、YVO4或YLF激光晶体(3)构成，并通过外光反馈、自注入或调制的方法产生宽带混沌激光。
2.用于权利要求1的LD抽运固体激光器混沌激光测距的装置的方法，其特征在于固体激光器产生宽带混沌激光，经过激光准直***(4)准直，用分束镜(5)将混沌激光分为探测光I和参考光II，探测光I作为测距信号照射到待测目标(6)上，被待测目标(6)反射回来的回波信号，通过望远镜(7)收集并经过光电探测器I(8)转换成电信号，再由A/D转换器I(9)转换成数字信号输入计算机(13)；参考光II直接照射到光电探测器II(10)，由A/D器II(11)A/D转换后，经过一个可调电延迟线(12)输入计算机(13)；利用计算机软件对参考光II和探测光I信号进行互相关比较，测出探测光在自由空间的往返飞行时间Td，计算出待测距离。
CNB2006100126255A 2006-04-21 2006-04-21 Ld抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法 Expired - Fee Related CN100478704C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006100126255A CN100478704C (zh) 2006-04-21 2006-04-21 Ld抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006100126255A CN100478704C (zh) 2006-04-21 2006-04-21 Ld抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1831561A true CN1831561A (zh) 2006-09-13
CN100478704C CN100478704C (zh) 2009-04-15

Family

ID=36993972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2006100126255A Expired - Fee Related CN100478704C (zh) 2006-04-21 2006-04-21 Ld抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100478704C (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009097736A1 (zh) * 2008-01-31 2009-08-13 Taiyuan University Of Technology 混沌光时域反射仪及其测量方法
CN102176020A (zh) * 2010-12-30 2011-09-07 太原理工大学 基于液晶产生混沌的激光测距装置
CN102323591A (zh) * 2011-08-04 2012-01-18 长春理工大学 基于皮秒脉冲的高精度激光测距装置
CN102866403A (zh) * 2011-07-06 2013-01-09 长春中俄科技园股份有限公司 一种人眼安全激光测距装置
WO2013016888A1 (zh) * 2011-08-01 2013-02-07 杭州欧忆光电科技有限公司 一种混沌激光相关布里渊光时域分析器
CN102967856A (zh) * 2012-10-26 2013-03-13 南京德朔实业有限公司 适用于激光测距仪的光学***
CN104749579A (zh) * 2015-04-02 2015-07-01 太原理工大学 一种基于混沌激光装置及其相关法的航道水深测量方法
CN107356937A (zh) * 2017-08-25 2017-11-17 长春德信光电技术有限公司 一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置
CN108181628A (zh) * 2018-01-23 2018-06-19 上海兰宝传感科技股份有限公司 一种基于tof的抗干扰测距传感器
CN109100734A (zh) * 2018-08-30 2018-12-28 无锡雷德环保设备有限公司 一种激光测距装置
CN110168398A (zh) * 2018-07-18 2019-08-23 深圳市汇顶科技股份有限公司 飞时测距***及校正方法
WO2021051733A1 (zh) * 2020-01-20 2021-03-25 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光测距方法、装置、存储介质和激光雷达

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009097736A1 (zh) * 2008-01-31 2009-08-13 Taiyuan University Of Technology 混沌光时域反射仪及其测量方法
US8502964B2 (en) 2008-01-31 2013-08-06 Taiyuan University Of Technology Chaotic optical time domain reflectometer method and apparatus
CN102176020A (zh) * 2010-12-30 2011-09-07 太原理工大学 基于液晶产生混沌的激光测距装置
CN102866403A (zh) * 2011-07-06 2013-01-09 长春中俄科技园股份有限公司 一种人眼安全激光测距装置
WO2013016888A1 (zh) * 2011-08-01 2013-02-07 杭州欧忆光电科技有限公司 一种混沌激光相关布里渊光时域分析器
CN102323591A (zh) * 2011-08-04 2012-01-18 长春理工大学 基于皮秒脉冲的高精度激光测距装置
CN102967856A (zh) * 2012-10-26 2013-03-13 南京德朔实业有限公司 适用于激光测距仪的光学***
CN102967856B (zh) * 2012-10-26 2015-04-08 南京德朔实业有限公司 适用于激光测距仪的光学***
CN104749579A (zh) * 2015-04-02 2015-07-01 太原理工大学 一种基于混沌激光装置及其相关法的航道水深测量方法
CN107356937A (zh) * 2017-08-25 2017-11-17 长春德信光电技术有限公司 一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置
CN108181628A (zh) * 2018-01-23 2018-06-19 上海兰宝传感科技股份有限公司 一种基于tof的抗干扰测距传感器
CN110168398A (zh) * 2018-07-18 2019-08-23 深圳市汇顶科技股份有限公司 飞时测距***及校正方法
US11454712B2 (en) 2018-07-18 2022-09-27 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Time-of-flight distance measuring system and calibration method
CN109100734A (zh) * 2018-08-30 2018-12-28 无锡雷德环保设备有限公司 一种激光测距装置
WO2021051733A1 (zh) * 2020-01-20 2021-03-25 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光测距方法、装置、存储介质和激光雷达

Also Published As

Publication number Publication date
CN100478704C (zh) 2009-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100478704C (zh) Ld抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法
CN100478703C (zh) 基于半导体激光器的混沌激光测距方法及装置
CN111337902B (zh) 多通道高重频大动态范围测距测速激光雷达方法及装置
AU2020103665A4 (en) Low-altitude Light Small Area Array LiDAR Measuring System
CN106226778A (zh) 一种高分辨率测量远程目标的相干激光雷达***
CN100394211C (zh) 多频同步调制激光测距方法与装置
CN103412313A (zh) 低空轻小型面阵激光雷达测量***
CN102004255A (zh) 啁啾调幅激光雷达距离-多普勒零差探测***
CN1844951A (zh) 光纤激光器混沌激光测距装置及方法
CN102928832A (zh) 基于高速伪随机码调制和光子计数的远程激光测距***
CN102073051A (zh) 激光多脉冲扩时测距装置
CN103116164B (zh) 外差脉冲压缩式多功能激光雷达及其控制方法
CN109991622A (zh) 一种激光雷达
CN110749892B (zh) 一种二维扫描激光雷达装置及电子设备
CN111708004A (zh) 一种新型激光测距方法及激光雷达***
CN108303704A (zh) 一种基于偏振调制的激光测量方法及激光雷达
CN109471118A (zh) 基于回波波形累加和波形采样的激光测距***
CN102445695A (zh) 非瞄准式激光线缆测高装置及其测量方法
CN209417298U (zh) 基于回波波形累加和波形采样的激光测距***
CN102213763A (zh) 基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法
CN109633672A (zh) 脉冲式激光测距***及其测距方法
RU167276U1 (ru) Лазерный дальномер с повышенным разрешением по дальности
CN1089443C (zh) 探测大气的非相干激光雷达***
CN212723359U (zh) 一种脉冲相位混合测距激光雷达
CN104111450A (zh) 一种利用双脉冲探测目标微多普勒特征的方法及***

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090415

Termination date: 20110421