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深度了解激光測距傳感器
前面我們了解了幾種首要的測距/距離傳感器的原理及特色，其間，激光測距傳感器因其抗干擾才能強(qiáng)，精度高的優(yōu)勢，自誕生以來，得到了極大的開展，在各行各業(yè)都發(fā)揮著巨大的效果。
1960年世界上第一臺(tái)紅寶石激光器問世不久，以精細(xì)測距為首要功用的激光測距技能便隨之誕生了。
第一臺(tái)紅寶石激光器
經(jīng)過了50多年的開展，其開展大致表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是運(yùn)用各種新技能和設(shè)備進(jìn)步測距精度和觀測數(shù)據(jù)量；其次是進(jìn)步測距體系的主動(dòng)化程度，減小人力和物力的耗費(fèi)。詳細(xì)為：
1、在測距精度上，從開始的米級(jí)逐步進(jìn)步到分米級(jí)、厘米級(jí)，現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的臺(tái)站其測距精度已能到達(dá)毫米級(jí)。
2、在測距才能上，從開始的最遠(yuǎn)1000～2000km進(jìn)步到2萬km，甚至3.6萬km。激光測月的完成使測距才能到達(dá)了38萬km。
3、在測距頻率上，從開始的每秒一次開展到現(xiàn)在每秒1000～2000次，更高頻率的激光測距（如10kHz測距）也在試驗(yàn)中。
4、在測距波長上，現(xiàn)在遍及選用的仍是單色測距體系，一些臺(tái)站也在運(yùn)用雙色／多色激光測距體系。雙波長激光測距體系不再需求大氣物理參數(shù)和大氣模型的批改，只需丈量結(jié)果自身即可批改大氣推遲，就能到達(dá)更好的數(shù)據(jù)精度。
5、在主動(dòng)化程度上，從初期的人工目視盯梢，開展到今天計(jì)算機(jī)操控、主動(dòng)盯梢。
激光測距傳感器在宇宙空間探測范疇的運(yùn)用
空間激光測距技能在監(jiān)測大陸板塊運(yùn)動(dòng)、地殼形變、地球自轉(zhuǎn)，改善地球重力場和地心引力常數(shù)，斷定地球和海洋潮汐改變的規(guī)則，監(jiān)測空間碎片等方面具有重要效果。它也是當(dāng)時(shí)高精度衛(wèi)星精細(xì)定位觀測的首要手法之一，是現(xiàn)代各種定位觀測手法中單點(diǎn)采樣精度最高的一種，是支撐世界地球自轉(zhuǎn)與參閱系效勞（IERS）的技能手法之一。衛(wèi)星激光測距技能在如下運(yùn)用方面現(xiàn)已取得了明顯的成就，具有寬廣的運(yùn)用遠(yuǎn)景。
精細(xì)測定激光衛(wèi)星的軌跡
運(yùn)用衛(wèi)星的激光觀測數(shù)據(jù)所斷定的軌跡精度，3天弧段可達(dá)1cm；關(guān)于徑向定軌精度可到達(dá)2～2.5cm。
準(zhǔn)確測定地球引力場模型及當(dāng)時(shí)變性
在研討地球質(zhì)心的方位改變進(jìn)程中，激光技能測定了現(xiàn)在最準(zhǔn)確的地球引力常數(shù)GM，其測定值為：GM＝398600.4415km3／s2；運(yùn)用不同軌跡傾角和高度的激光衛(wèi)星，準(zhǔn)確測定了地球引力場模型，而且測定了地球引力場低階球諧系數(shù)的季節(jié)性改變；同時(shí)還得出了地球質(zhì)心方位的周期性改變，包含季節(jié)性和年際改變，最新的測定值為：J2＝-2.6*10-11／年（歷元1986.0）；地球引力場的改變反映了地球內(nèi)部及各圈層（包含海洋、大氣、地下水、冰層等）的雜亂運(yùn)動(dòng)和相互效果進(jìn)程，具有重要研討價(jià)值。
準(zhǔn)確測定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)
地球自轉(zhuǎn)參數(shù)（ERP）界說了地球旋轉(zhuǎn)軸和隨時(shí)刻序列的定向運(yùn)動(dòng)以及在天球參閱框架中的旋轉(zhuǎn)速度。地球自轉(zhuǎn)參數(shù)包含極移和日長（LOD）改變。運(yùn)用激光測虎技能測定的地球極移分量（XP，YP）精度現(xiàn)在已到達(dá)0.1～0.2mas；日長（LOD）的測定精度現(xiàn)在已到達(dá)0.1ms。
監(jiān)測全球地殼板塊運(yùn)動(dòng)
運(yùn)用激光長期觀測數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地測定地上測站的地心坐標(biāo)，高精度測站坐標(biāo)的解算使得人們監(jiān)測板塊運(yùn)動(dòng)的希望成為可能。運(yùn)用激光測距技能取得的數(shù)據(jù)，現(xiàn)已估量了40多個(gè)測站的站速度和站間基線的改變率。如果測站坐落板塊的剛性部分，則其站速度就代表了板塊運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用測站基線的改變率和站速度能夠解算板塊間的相對運(yùn)動(dòng)。
高精度海平面和冰蓋地勢的丈量
激光測距技能與其他空間技能（如GNSS、雷達(dá)高度計(jì)、SAR等）聯(lián)合運(yùn)用，將可能完成毫米級(jí)精度的海平面和冰蓋地勢的丈量。
空間碎片軌跡斷定和監(jiān)測
運(yùn)用激光測距技能能夠準(zhǔn)確測定空間碎片，斷定碎片軌跡方位，為空間碎片監(jiān)測和空間磕碰預(yù)警體系供給精細(xì)軌跡信息。
激光測距傳感器在軍事范疇的運(yùn)用
輕型便攜式脈沖激光測距儀
輕型便攜式脈沖激光測距儀包含步卒和炮兵偵查用的手持式以及前沿偵查和前沿對空操控(FAC)雙用處的激光測距儀—方針指示器。對上述用處的體系，要求機(jī)動(dòng)靈活、重復(fù)輕、體積小、用電池組作電源、牢靠性和修理性高以及單一產(chǎn)品的本錢低一級(jí)。
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，由以前單一的步卒、炮兵獨(dú)立作戰(zhàn)開展到有步卒、炮兵和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)組成的特種部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)，武器體系也由單一的地炮、高炮逐步選用多功用歸納高技能。因而激光測距儀也由單一測距功用的便攜式、手持式開展到激光測距、紅外瞄準(zhǔn)的晝夜觀測儀以及激光測距、方針指示、紅外瞄準(zhǔn)的激光紅外方針指示器等。
地上車載脈沖激光測距儀
地上車載脈沖激光測距儀包含坦克、步卒戰(zhàn)車(IFV)、火控、對空防護(hù)、火炮或?qū)椫茖?dǎo)火控以及現(xiàn)在開展的地上車載激光測距儀—方針指示器等。其首要技能功能：最大測程4~10km，測距精度±5~10m，方針分辨約20m，重復(fù)頻率0.1~1Hz，束散角0.4~1mrad。
激光測距儀在坦克火控體系中的運(yùn)用是供給彈道軌跡的超仰角批改信息和因逆風(fēng)或方針移動(dòng)引起的方位角校正信息以及間隔信息。步卒戰(zhàn)車首要是運(yùn)用激光測距儀去丈量方針是否在反坦克導(dǎo)彈的間隔內(nèi)，其次用于槍炮火控和對方針的分選。
對空火炮和導(dǎo)彈防護(hù)脈沖激光測距儀
對空防護(hù)的脈沖激光測距儀以及選用了自保護(hù)措施的步卒戰(zhàn)車對空防護(hù)脈沖激光測距儀均應(yīng)按火控體系和作戰(zhàn)體系的要求作業(yè)，在間隔和間隔速率以內(nèi)對空中高速機(jī)動(dòng)方針供給安穩(wěn)的盯梢信息和間隔信息，以對抗配備直升機(jī)、隱身飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈、反輻射導(dǎo)彈的要挾。
這要求激光測距儀供給比較高的數(shù)據(jù)率(高的激光脈沖速率)和適當(dāng)高的間隔精度，如最大測程為4~20km，測距精度為±2.5~5m，重復(fù)頻率為6~20Hz，束散角為0.5~2.5mrad等。
機(jī)載脈沖激光測距儀
機(jī)載脈沖激光測距儀能夠用來配備配備直升機(jī)的導(dǎo)彈指令制導(dǎo)和配備固定翼飛機(jī)，用于封閉援助的光電飛行器等方針以及阻攔飛機(jī)和導(dǎo)彈的攻擊。
機(jī)載脈沖激光測距儀的首要技能功能：測程遠(yuǎn)、測距精度高、重復(fù)頻率高、束散角小，同時(shí)機(jī)載設(shè)備應(yīng)體積小、分量輕并要與航空指示器共用。
因而，激光器有必要運(yùn)用高效循環(huán)液體作冷卻器，以習(xí)慣高的工作速率要求，否則要選用氣體或混合氣體升壓冷卻。
艦載脈沖激光測距儀
艦載脈沖激光測距儀的開展在輕型便攜式、車載和對空防護(hù)激光測距儀之后，它包含水面艦載和潛艇潛望兩大類。
水面艦載脈沖激光測距儀在技能功能指標(biāo)方面與車載火控和對空防護(hù)激光測距儀相同，在環(huán)境運(yùn)用方面要習(xí)慣艦載?？?、海面以及海上鹽霧的荷刻要求，而在體積、分量、電功率、保護(hù)保養(yǎng)才能和本錢等方面的要求又不嚴(yán)苛。
因而，現(xiàn)在很多用來配備慣例火控和對空防護(hù)的海軍艦只，如保護(hù)(無聲雷達(dá))艦載飛機(jī)收回和與紅外熱成像、電視等組成盯梢體系，全天候監(jiān)督和盯梢空中方針等共同的艦上運(yùn)用正在呈現(xiàn)，其運(yùn)用遠(yuǎn)景適當(dāng)廣泛。
潛艇潛望脈沖激光測距儀現(xiàn)在選用兩種組合辦法，第一種將激光測距儀、圖畫增強(qiáng)器和熱成像儀裝于其潛望鏡中，而間隔顯示器、觸發(fā)按鈕等分別裝于操作手上方或附近。
其長處是傳輸光路中激光損耗小，但光束飄移，不易捕獲方針；第二種將上面三部分均裝在潛望鏡底部，整個(gè)體系的裝置，調(diào)試、拆開均很方便，但選用這種辦法的激光束要通過12m長的潛望鏡管和15~20塊透鏡，能量損耗較大。
云高脈沖激光測距儀
運(yùn)用脈沖激光測距儀來丈量云層筆直高度的儀器稱為云高激光測距儀。這類激光測距儀首要用來丈量機(jī)場的云層高度，也可用來丈量衛(wèi)星發(fā)射點(diǎn)的云層高度，為飛機(jī)的起降或衛(wèi)星發(fā)射供給安全的氣候數(shù)據(jù)。
這類脈沖激光測距儀能夠?yàn)榍把剀娛禄?、機(jī)場或軍用衛(wèi)星發(fā)射點(diǎn)(近間隔)的安全供給牢靠的氣候數(shù)據(jù)，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭不行缺少的儀器；若運(yùn)用它為大型世界機(jī)場、小型商業(yè)民用機(jī)場和民用通信衛(wèi)星發(fā)射點(diǎn)(近間隔)供給飛機(jī)起降或衛(wèi)星發(fā)射的安全氣候數(shù)據(jù)，將對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和進(jìn)步世界諾言發(fā)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1960年世界上第一臺(tái)紅寶石激光器問世不久，以精細(xì)測距為首要功用的激光測距技能便隨之誕生了。
第一臺(tái)紅寶石激光器
經(jīng)過了50多年的開展，其開展大致表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是運(yùn)用各種新技能和設(shè)備進(jìn)步測距精度和觀測數(shù)據(jù)量；其次是進(jìn)步測距體系的主動(dòng)化程度，減小人力和物力的耗費(fèi)。詳細(xì)為：
1、在測距精度上，從開始的米級(jí)逐步進(jìn)步到分米級(jí)、厘米級(jí)，現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的臺(tái)站其測距精度已能到達(dá)毫米級(jí)。
2、在測距才能上，從開始的最遠(yuǎn)1000～2000km進(jìn)步到2萬km，甚至3.6萬km。激光測月的完成使測距才能到達(dá)了38萬km。
3、在測距頻率上，從開始的每秒一次開展到現(xiàn)在每秒1000～2000次，更高頻率的激光測距（如10kHz測距）也在試驗(yàn)中。
4、在測距波長上，現(xiàn)在遍及選用的仍是單色測距體系，一些臺(tái)站也在運(yùn)用雙色／多色激光測距體系。雙波長激光測距體系不再需求大氣物理參數(shù)和大氣模型的批改，只需丈量結(jié)果自身即可批改大氣推遲，就能到達(dá)更好的數(shù)據(jù)精度。
5、在主動(dòng)化程度上，從初期的人工目視盯梢，開展到今天計(jì)算機(jī)操控、主動(dòng)盯梢。
激光測距傳感器在宇宙空間探測范疇的運(yùn)用
空間激光測距技能在監(jiān)測大陸板塊運(yùn)動(dòng)、地殼形變、地球自轉(zhuǎn)，改善地球重力場和地心引力常數(shù)，斷定地球和海洋潮汐改變的規(guī)則，監(jiān)測空間碎片等方面具有重要效果。它也是當(dāng)時(shí)高精度衛(wèi)星精細(xì)定位觀測的首要手法之一，是現(xiàn)代各種定位觀測手法中單點(diǎn)采樣精度最高的一種，是支撐世界地球自轉(zhuǎn)與參閱系效勞（IERS）的技能手法之一。衛(wèi)星激光測距技能在如下運(yùn)用方面現(xiàn)已取得了明顯的成就，具有寬廣的運(yùn)用遠(yuǎn)景。
精細(xì)測定激光衛(wèi)星的軌跡
運(yùn)用衛(wèi)星的激光觀測數(shù)據(jù)所斷定的軌跡精度，3天弧段可達(dá)1cm；關(guān)于徑向定軌精度可到達(dá)2～2.5cm。
準(zhǔn)確測定地球引力場模型及當(dāng)時(shí)變性
在研討地球質(zhì)心的方位改變進(jìn)程中，激光技能測定了現(xiàn)在最準(zhǔn)確的地球引力常數(shù)GM，其測定值為：GM＝398600.4415km3／s2；運(yùn)用不同軌跡傾角和高度的激光衛(wèi)星，準(zhǔn)確測定了地球引力場模型，而且測定了地球引力場低階球諧系數(shù)的季節(jié)性改變；同時(shí)還得出了地球質(zhì)心方位的周期性改變，包含季節(jié)性和年際改變，最新的測定值為：J2＝-2.6*10-11／年（歷元1986.0）；地球引力場的改變反映了地球內(nèi)部及各圈層（包含海洋、大氣、地下水、冰層等）的雜亂運(yùn)動(dòng)和相互效果進(jìn)程，具有重要研討價(jià)值。
準(zhǔn)確測定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)
地球自轉(zhuǎn)參數(shù)（ERP）界說了地球旋轉(zhuǎn)軸和隨時(shí)刻序列的定向運(yùn)動(dòng)以及在天球參閱框架中的旋轉(zhuǎn)速度。地球自轉(zhuǎn)參數(shù)包含極移和日長（LOD）改變。運(yùn)用激光測虎技能測定的地球極移分量（XP，YP）精度現(xiàn)在已到達(dá)0.1～0.2mas；日長（LOD）的測定精度現(xiàn)在已到達(dá)0.1ms。
監(jiān)測全球地殼板塊運(yùn)動(dòng)
運(yùn)用激光長期觀測數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地測定地上測站的地心坐標(biāo)，高精度測站坐標(biāo)的解算使得人們監(jiān)測板塊運(yùn)動(dòng)的希望成為可能。運(yùn)用激光測距技能取得的數(shù)據(jù)，現(xiàn)已估量了40多個(gè)測站的站速度和站間基線的改變率。如果測站坐落板塊的剛性部分，則其站速度就代表了板塊運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用測站基線的改變率和站速度能夠解算板塊間的相對運(yùn)動(dòng)。
高精度海平面和冰蓋地勢的丈量
激光測距技能與其他空間技能（如GNSS、雷達(dá)高度計(jì)、SAR等）聯(lián)合運(yùn)用，將可能完成毫米級(jí)精度的海平面和冰蓋地勢的丈量。
空間碎片軌跡斷定和監(jiān)測
運(yùn)用激光測距技能能夠準(zhǔn)確測定空間碎片，斷定碎片軌跡方位，為空間碎片監(jiān)測和空間磕碰預(yù)警體系供給精細(xì)軌跡信息。
激光測距傳感器在軍事范疇的運(yùn)用
輕型便攜式脈沖激光測距儀
輕型便攜式脈沖激光測距儀包含步卒和炮兵偵查用的手持式以及前沿偵查和前沿對空操控(FAC)雙用處的激光測距儀—方針指示器。對上述用處的體系，要求機(jī)動(dòng)靈活、重復(fù)輕、體積小、用電池組作電源、牢靠性和修理性高以及單一產(chǎn)品的本錢低一級(jí)。
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，由以前單一的步卒、炮兵獨(dú)立作戰(zhàn)開展到有步卒、炮兵和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)組成的特種部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)，武器體系也由單一的地炮、高炮逐步選用多功用歸納高技能。因而激光測距儀也由單一測距功用的便攜式、手持式開展到激光測距、紅外瞄準(zhǔn)的晝夜觀測儀以及激光測距、方針指示、紅外瞄準(zhǔn)的激光紅外方針指示器等。
地上車載脈沖激光測距儀
地上車載脈沖激光測距儀包含坦克、步卒戰(zhàn)車(IFV)、火控、對空防護(hù)、火炮或?qū)椫茖?dǎo)火控以及現(xiàn)在開展的地上車載激光測距儀—方針指示器等。其首要技能功能：最大測程4~10km，測距精度±5~10m，方針分辨約20m，重復(fù)頻率0.1~1Hz，束散角0.4~1mrad。
激光測距儀在坦克火控體系中的運(yùn)用是供給彈道軌跡的超仰角批改信息和因逆風(fēng)或方針移動(dòng)引起的方位角校正信息以及間隔信息。步卒戰(zhàn)車首要是運(yùn)用激光測距儀去丈量方針是否在反坦克導(dǎo)彈的間隔內(nèi)，其次用于槍炮火控和對方針的分選。
對空火炮和導(dǎo)彈防護(hù)脈沖激光測距儀
對空防護(hù)的脈沖激光測距儀以及選用了自保護(hù)措施的步卒戰(zhàn)車對空防護(hù)脈沖激光測距儀均應(yīng)按火控體系和作戰(zhàn)體系的要求作業(yè)，在間隔和間隔速率以內(nèi)對空中高速機(jī)動(dòng)方針供給安穩(wěn)的盯梢信息和間隔信息，以對抗配備直升機(jī)、隱身飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈、反輻射導(dǎo)彈的要挾。
這要求激光測距儀供給比較高的數(shù)據(jù)率(高的激光脈沖速率)和適當(dāng)高的間隔精度，如最大測程為4~20km，測距精度為±2.5~5m，重復(fù)頻率為6~20Hz，束散角為0.5~2.5mrad等。
機(jī)載脈沖激光測距儀
機(jī)載脈沖激光測距儀能夠用來配備配備直升機(jī)的導(dǎo)彈指令制導(dǎo)和配備固定翼飛機(jī)，用于封閉援助的光電飛行器等方針以及阻攔飛機(jī)和導(dǎo)彈的攻擊。
機(jī)載脈沖激光測距儀的首要技能功能：測程遠(yuǎn)、測距精度高、重復(fù)頻率高、束散角小，同時(shí)機(jī)載設(shè)備應(yīng)體積小、分量輕并要與航空指示器共用。
因而，激光器有必要運(yùn)用高效循環(huán)液體作冷卻器，以習(xí)慣高的工作速率要求，否則要選用氣體或混合氣體升壓冷卻。
艦載脈沖激光測距儀
艦載脈沖激光測距儀的開展在輕型便攜式、車載和對空防護(hù)激光測距儀之后，它包含水面艦載和潛艇潛望兩大類。
水面艦載脈沖激光測距儀在技能功能指標(biāo)方面與車載火控和對空防護(hù)激光測距儀相同，在環(huán)境運(yùn)用方面要習(xí)慣艦載?？?、海面以及海上鹽霧的荷刻要求，而在體積、分量、電功率、保護(hù)保養(yǎng)才能和本錢等方面的要求又不嚴(yán)苛。
因而，現(xiàn)在很多用來配備慣例火控和對空防護(hù)的海軍艦只，如保護(hù)(無聲雷達(dá))艦載飛機(jī)收回和與紅外熱成像、電視等組成盯梢體系，全天候監(jiān)督和盯梢空中方針等共同的艦上運(yùn)用正在呈現(xiàn)，其運(yùn)用遠(yuǎn)景適當(dāng)廣泛。
潛艇潛望脈沖激光測距儀現(xiàn)在選用兩種組合辦法，第一種將激光測距儀、圖畫增強(qiáng)器和熱成像儀裝于其潛望鏡中，而間隔顯示器、觸發(fā)按鈕等分別裝于操作手上方或附近。
其長處是傳輸光路中激光損耗小，但光束飄移，不易捕獲方針；第二種將上面三部分均裝在潛望鏡底部，整個(gè)體系的裝置，調(diào)試、拆開均很方便，但選用這種辦法的激光束要通過12m長的潛望鏡管和15~20塊透鏡，能量損耗較大。
云高脈沖激光測距儀
運(yùn)用脈沖激光測距儀來丈量云層筆直高度的儀器稱為云高激光測距儀。這類激光測距儀首要用來丈量機(jī)場的云層高度，也可用來丈量衛(wèi)星發(fā)射點(diǎn)的云層高度，為飛機(jī)的起降或衛(wèi)星發(fā)射供給安全的氣候數(shù)據(jù)。
這類脈沖激光測距儀能夠?yàn)榍把剀娛禄?、機(jī)場或軍用衛(wèi)星發(fā)射點(diǎn)(近間隔)的安全供給牢靠的氣候數(shù)據(jù)，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭不行缺少的儀器；若運(yùn)用它為大型世界機(jī)場、小型商業(yè)民用機(jī)場和民用通信衛(wèi)星發(fā)射點(diǎn)(近間隔)供給飛機(jī)起降或衛(wèi)星發(fā)射的安全氣候數(shù)據(jù)，將對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和進(jìn)步世界諾言發(fā)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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