深度解析激光測距傳感器的應用場景
發布時間:2017-03-20 責任編輯:wenwei
【導讀】1960年世界上第一台紅寶石激光器問世不久,以精密測距為主要功能的激光測距技術便隨之誕生了。前麵我們了解了幾種主要的測距/距ju離li傳chuan感gan器qi的de原yuan理li及ji特te點dian,其qi中zhong,激ji光guang測ce距ju傳chuan感gan器qi因yin其qi抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang,精jing度du高gao的de優you勢shi,自zi誕dan生sheng以yi來lai,得de到dao了le極ji大da的de發fa展zhan,在zai各ge行xing各ge業ye都dou發fa揮hui著zhe巨ju大da的de作zuo用yong。

第一台紅寶石激光器
經過了50多年的發展,其發展大致表現在兩個方麵:首先是應用各種新技術和設備提高測距精度和觀測數據量;其次是提高測距係統的自動化程度,減小人力和物力的消耗。具體為:
1、在測距精度上,從最初的米級逐步提高到分米級、厘米級,目前國際上最先進的台站其測距精度已能達到毫米級。
2、在測距能力上,從最初的最遠1000~2000km提高到2萬km,乃至3.6萬km。激光測月的實現使測距能力達到了38萬km。
3、在測距頻率上,從最初的每秒一次發展到目前每秒1000~2000次,更高頻率的激光測距(如10kHz測距)也在試驗中。
4、在測距波長上,目前普遍采用的仍是單色測距係統,一些台站也在使用雙色/duosejiguangcejuxitong。shuangbochangjiguangcejuxitongbuzaixuyaodaqiwulicanshuhedaqimoxingdexiuzheng,zhixuceliangjieguobenshenjikexiuzhengdaqiyanchi,jiunengdadaogenghaodeshujujingdu。
5、在自動化程度上,從初期的人工目視跟蹤,發展到今天計算機控製、自動跟蹤。
激光測距傳感器在宇宙空間探測領域的應用
空間激光測距技術在監測大陸板塊運動、地殼形變、diqiuzizhuan,gaijindiqiuzhonglichanghedixinyinlichangshu,quedingdiqiuhehaiyangchaoxibianhuadeguilv,jiancekongjiansuipiandengfangmianjuyouzhongyaozuoyong。tayeshidangqiangaojingduweixingjingmidingweiguancedezhuyaoshouduanzhiyi,shixiandaigezhongdingweiguanceshouduanzhongdandiancaiyangjingduzuigaodeyizhong,shizhichiguojidiqiuzizhuanyucankaoxifuwu(IERS)的技術手段之一。衛星激光測距技術在如下應用方麵已經取得了顯著的成就,具有廣闊的應用前景。
精密測定激光衛星的軌道
利用衛星的激光觀測數據所確定的軌道精度,3天弧段可達1cm;對於徑向定軌精度可達到2~2.5cm。
精確測定地球引力場模型及其時變性
在研究地球質心的位置變化過程中,激光技術測定了目前最準確的地球引力常數GM,其測定值為:GM=398600.4415km3/s2;利用不同軌道傾角和高度的激光衛星,精確測定了地球引力場模型,並且測定了地球引力場低階球諧係數的季節性變化;同時還得出了地球質心位置的周期性變化,包括季節性和年際變化,最新的測定值為:J2=-2.6*10-11/年(曆元1986.0);地球引力場的變化反映了地球內部及各圈層(包括海洋、大氣、地下水、冰層等)的複雜運動和相互作用過程,具有重要研究價值。
精確測定地球自轉參數
地球自轉參數(ERP)定義了地球旋轉軸和隨時間序列的定向運動以及在天球參考框架中的旋轉速度。地球自轉參數包括極移和日長(LOD)變化。利用激光測虎技術測定的地球極移分量(XP,YP)精度目前已達到0.1~0.2mas;日長(LOD)的測定精度目前已達到0.1ms。
監測全球地殼板塊運動
利(li)用(yong)激(ji)光(guang)長(chang)期(qi)觀(guan)測(ce)數(shu)據(ju)可(ke)以(yi)精(jing)確(que)地(di)測(ce)定(ding)地(di)麵(mian)測(ce)站(zhan)的(de)地(di)心(xin)坐(zuo)標(biao),高(gao)精(jing)度(du)測(ce)站(zhan)坐(zuo)標(biao)的(de)解(jie)算(suan)使(shi)得(de)人(ren)們(men)監(jian)測(ce)板(ban)塊(kuai)運(yun)動(dong)的(de)願(yuan)望(wang)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)。利(li)用(yong)激(ji)光(guang)測(ce)距(ju)技(ji)術(shu)獲(huo)得(de)的(de)數(shu)據(ju),已(yi)經(jing)估(gu)計(ji)了(le)40duogecezhandezhansuduhezhanjianjixiandebianhualv。ruguocezhanweiyubankuaidegangxingbufen,zeqizhansudujiudaibiaolebankuaiyundong。liyongcezhanjixiandebianhualvhezhansudukeyijiesuanbankuaijiandexiangduiyundong。
高精度海平麵和冰蓋地形的測量
激光測距技術與其他空間技術(如GNSS、雷達高度計、SAR等)聯合應用,將可能實現毫米級精度的海平麵和冰蓋地形的測量。
空間碎片軌道確定和監測
利用激光測距技術可以精確測定空間碎片,確定碎片軌道位置,為空間碎片監測和空間碰撞預警係統提供精密軌道信息。
激光測距傳感器在軍事領域的應用
輕型便攜式脈衝激光測距儀
輕型便攜式脈衝激光測距儀包括步兵和炮兵偵察用的手持式以及前沿偵察和前沿對空控製(FAC)雙用途的激光測距儀—目標指示器。對上述用途的係統,要求機動靈活、重複輕、體積小、用電池組作電源、可靠性和維修性高以及單一產品的成本低等。
在現代戰爭中,由以前單一的步兵、炮兵獨立作戰發展到有步兵、炮兵和海軍陸戰隊組成的特種部隊聯合作戰,武器係統也由單一的地炮、高炮逐漸采用多功能綜合高技術。因此激光測距儀也由單一測距功能的便攜式、手持式發展到激光測距、紅外瞄準的晝夜觀測儀以及激光測距、目標指示、紅外瞄準的激光紅外目標指示器等。
地麵車載脈衝激光測距儀
地麵車載脈衝激光測距儀包括坦克、步兵戰車(IFV)、火控、對空防禦、火炮或導彈製導火控以及目前發展的地麵車載激光測距儀—目標指示器等。其主要技術性能:最大測程4~10km,測距精度±5~10m,目標分辨約20m,重複頻率0.1~1Hz,束散角0.4~1mrad。
激(ji)光(guang)測(ce)距(ju)儀(yi)在(zai)坦(tan)克(ke)火(huo)控(kong)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)是(shi)提(ti)供(gong)彈(dan)道(dao)軌(gui)跡(ji)的(de)超(chao)仰(yang)角(jiao)修(xiu)正(zheng)信(xin)息(xi)和(he)因(yin)逆(ni)風(feng)或(huo)目(mu)標(biao)移(yi)動(dong)引(yin)起(qi)的(de)方(fang)位(wei)角(jiao)校(xiao)正(zheng)信(xin)息(xi)以(yi)及(ji)距(ju)離(li)信(xin)息(xi)。步(bu)兵(bing)戰(zhan)車(che)主(zhu)要(yao)是(shi)使(shi)用(yong)激(ji)光(guang)測(ce)距(ju)儀(yi)去(qu)測(ce)量(liang)目(mu)標(biao)是(shi)否(fou)在(zai)反(fan)坦(tan)克(ke)導(dao)彈(dan)的(de)距(ju)離(li)內(nei),其(qi)次(ci)用(yong)於(yu)槍(qiang)炮(pao)火(huo)控(kong)和(he)對(dui)目(mu)標(biao)的(de)分(fen)選(xuan)。
對空火炮和導彈防禦脈衝激光測距儀
duikongfangyudemaichongjiguangcejuyiyijicaiyonglezibaohucuoshidebubingzhancheduikongfangyumaichongjiguangcejuyijunyinganhuokongxitonghezuozhanxitongdeyaoqiugongzuo,zaijulihejulisulvyineiduikongzhonggaosujidongmubiaotigongwendingdegenzongxinxihejulixinxi,yiduikangwuzhuangzhishengji、隱身飛機和巡航導彈、反輻射導彈的威脅。
這要求激光測距儀提供比較高的數據率(高的激光脈衝速率)和相當高的距離精度,如最大測程為4~20km,測距精度為±2.5~5m,重複頻率為6~20Hz,束散角為0.5~2.5mrad等。
機載脈衝激光測距儀
jizaimaichongjiguangcejuyikeyiyonglaizhuangbeiwuzhuangzhishengjidedaodanzhilingzhidaohezhuangbeigudingyifeiji,yongyufengsuozhiyuandeguangdianfeixingqidengmubiaoyijilanjiefeijihedaodandegongji。
機載脈衝激光測距儀的主要技術性能:測程遠、測距精度高、重複頻率高、束散角小,同時機載設備應體積小、重量輕並要與航空指示器共用。
因此,激光器必須使用高效循環液體作冷卻器,以適應高的運轉速率要求,否則要采用氣體或混合氣體升壓冷卻。
艦載脈衝激光測距儀
艦載脈衝激光測距儀的發展在輕型便攜式、車載和對空防禦激光測距儀之後,它包括水麵艦載和潛艇潛望兩大類。
水麵艦載脈衝激光測距儀在技術性能指標方麵與車載火控和對空防禦激光測距儀相同,在環境使用方麵要適應艦載海空、海麵以及海上鹽霧的荷刻要求,而在體積、重量、電效率、維護保養能力和成本等方麵的要求又不苛刻。
因此,目前大量用來裝備常規火控和對空防禦的海軍艦隻,如掩護(無聲雷達)艦載飛機回收和與紅外熱成像、電視等組成跟蹤係統,全天候監視和跟蹤空中目標等獨特的艦上應用正在出現,其應用前景相當廣泛。
潛艇潛望脈衝激光測距儀目前采用兩種組合方式,第一種將激光測距儀、圖像增強器和熱成像儀裝於其潛望鏡中,而距離顯示器、觸發按鈕等分別裝於操作手上方或附近。
其優點是傳輸光路中激光損耗小,但光束飄移,不易捕獲目標;第二種將上麵三部分均裝在潛望鏡底部,整個係統的安裝,調試、拆卸均很方便,但采用這種方法的激光束要通過12m長的潛望鏡管和15~20塊透鏡,能量損耗較大。
雲高脈衝激光測距儀
利li用yong脈mai衝chong激ji光guang測ce距ju儀yi來lai測ce量liang雲yun層ceng垂chui直zhi高gao度du的de儀yi器qi稱cheng為wei雲yun高gao激ji光guang測ce距ju儀yi。這zhe類lei激ji光guang測ce距ju儀yi主zhu要yao用yong來lai測ce量liang機ji場chang的de雲yun層ceng高gao度du,也ye可ke用yong來lai測ce量liang衛wei星xing發fa射she點dian的de雲yun層ceng高gao度du,為wei飛fei機ji的de起qi降jiang或huo衛wei星xing發fa射she提ti供gong安an全quan的de氣qi象xiang數shu據ju。
這類脈衝激光測距儀可以為前沿軍事基地、機場或軍用衛星發射點(近距離)的安全提供可靠的氣象數據,是現代戰爭不可缺少的儀器;若使用它為大型國際機場、小型商業民用機場和民用通信衛星發射點(近距離)提供飛機起降或衛星發射的安全氣象數據,將對國民經濟建設和提高國際信譽產生巨大的經濟效益和社會效益。
激光測距傳感器在智能交通領域的應用
激光測距技術在物聯網智能交通中的一些可能應用方向,主要包括:激光測速傳感器、汽車防撞係統、車流量監控、車型描畫、車輛行人違法監測以及其他一些精密監控測量中的應用等。
汽車防撞探測器
yibanlaishuo,daduoshuxianyouqichepengzhuangyufangxitongdejiguangcejuchuanganqishiyongjiguangguangshuyibujiechufangshiyongyushibieqichezaiqianhuozhezaihouxingshidemubiaoqichezhijiandejuli,dangqichejianjuxiaoyuyudinganquanjulishi,qichefangpengzhuangxitongduiqichejinxingjinjishache,huozheduisijifachubaojing,huozhezonghemubiaoqichesudu、車距、汽車製動距離、響應時間等對汽車行駛進行即時的判斷和響應,可以大量的減少行車事故。在高速公路上使用,其優點更加明顯。
車流量監控及車輪廓描畫
zhezhongshiyongfangshiyibangudingdaogaosuhuozhezhongyaolukoudelongmenjiashang,jiguangfashehejieshouchuizhidimianxiangxia,duizhunyitiaochedaodezhongjianweizhi,dangyoucheliangtongxingshi,jiguangcejuchuanganqinengshishishuchusuocededejulizhidexiangduigaibianzhi,jinermiaohuichusuocechedelunkuo。
這種測量方式一般使用測距範圍小於30米即可,且要求激光測距速率比較高,一般要求能達到100赫茲就可以了。
這對於在重要路段監控可以達到很好的效果,能夠區分各種車型,對車身高度掃描的采樣率可以達到10厘米一個點。對車流限高,限長,車輛分型等都能實時分辨,並能快速輸出結果。
zaimeiyoucheliangdaolaishi,jiguangcejuchuanganqicechudeshiyigejulichangliang,yejiushijiguangcejuchuanganqidaodidejuli,dangyoucheliangcongjiguangcejuchuanganqixiamianjingguoshi,julizhigaibian,dangjulizhizaicihuidaochangliangjiurenweiyouyiliangchetongguo,genjuzhezhongfangshiwomenkeyiduitongguoyixieluduandecheliuliangjinxingjiankong。
現xian在zai常chang用yong的de方fang法fa是shi對dui一yi段duan時shi間jian內nei的de車che流liu進jin行xing統tong計ji平ping均jun的de方fang法fa,帶dai有you很hen大da的de估gu計ji成cheng分fen,而er視shi頻pin統tong計ji的de方fang法fa還hai有you很hen多duo現xian實shi應ying用yong的de困kun難nan,因yin此ci,激ji光guang測ce距ju統tong計ji方fang法fa為wei車che流liu量liang統tong計ji提ti供gong了le一yi種zhong可ke行xing的de方fang案an。
車輛行人違法監測
由於激光測距傳感器的光束不是實質性的障礙,在利用激光測距傳感器對路麵進行監控的時候,並不會阻礙交通的正常運行。
因yin此ci,在zai一yi些xie禁jin停ting或huo者zhe禁jin止zhi行xing人ren車che輛liang通tong行xing的de路lu段duan,用yong激ji光guang束shu平ping行xing路lu麵mian以yi一yi定ding高gao度du進jin行xing固gu定ding發fa射she或huo者zhe以yi一yi定ding角jiao度du進jin行xing掃sao描miao,當dang遇yu到dao有you車che輛liang違wei法fa停ting車che闖chuang紅hong燈deng或huo者zhe行xing人ren違wei法fa跨kua越yue護hu欄lan等deng,激ji光guang測ce距ju距ju離li值zhi改gai變bian,可ke以yi進jin行xing報bao警jing或huo者zhe警jing示shi。
這zhe種zhong應ying用yong光guang束shu不bu必bi要yao太tai寬kuan,但dan一yi般ban要yao求qiu測ce距ju距ju離li比bi較jiao長chang,以yi確que保bao一yi定ding路lu段duan長chang度du的de防fang護hu距ju離li。這zhe種zhong方fang式shi構gou成cheng的de智zhi能neng交jiao通tong違wei法fa監jian控kong係xi統tong將jiang在zai交jiao通tong物wu聯lian網wang中zhong得de到dao很hen大da的de應ying用yong。
激光測速傳感器
jiguangcejuchuanganqishijiguangcejujishuzaijiaotongguanlilingyuzuizaodeyizhongxingshi,yinweiqizhuoyuedexingneng,zaishijiyingyongzhongzhujiandedaopuji。jiguangcejuchuanganqishicaiyongjiguangcejudeyuanli,shiduibeicewutijinxingliangciyoutedingshijianjiangedejiguangceju,qudezaicishijianjiangeneibeicewutidejulibianhua,congerdedaogaibeicewutideyidongsudu。
激(ji)光(guang)測(ce)速(su)儀(yi)分(fen)為(wei)固(gu)定(ding)式(shi)的(de)和(he)移(yi)動(dong)式(shi)兩(liang)種(zhong),固(gu)定(ding)式(shi)的(de)一(yi)般(ban)固(gu)定(ding)在(zai)路(lu)邊(bian)或(huo)者(zhe)龍(long)門(men)架(jia)上(shang),以(yi)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)小(xiao)的(de)角(jiao)度(du)迎(ying)向(xiang)來(lai)車(che),一(yi)般(ban)通(tong)過(guo)車(che)牌(pai)反(fan)射(she)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang),測(ce)量(liang)精(jing)度(du)比(bi)較(jiao)高(gao),可(ke)以(yi)達(da)到(dao)±1公裏/小時,測速範圍可達250公裏/小時,測距範圍在此應用中不用太大,一般80到100米即可。
移動式激光測速儀對操作要求比較高,一般光束發散角度要大於3 mrad,鑒jian於yu激ji光guang測ce速su的de原yuan理li,激ji光guang光guang束shu必bi須xu要yao瞄miao準zhun垂chui直zhi與yu激ji光guang光guang束shu的de平ping麵mian反fan射she點dian,又you由you於yu車che輛liang處chu於yu移yi動dong狀zhuang態tai,車che體ti平ping麵mian不bu大da,且qie測ce速su需xu要yao一yi定ding時shi間jian,隻zhi能neng作zuo為wei臨lin時shi測ce速su,取qu證zheng應ying用yong。
jiguangcejuchuanganqiyouyuguangshufasanjiaodujiaoxiao,bianyucesuquzheng,buxiangleidaduopulecesuyi,zaiduochedaoceliangshibunengquezhichaosudejuticheliang,qieyouyujiguangcesuchuanganqifashedeshijinhongwaideguangbo,bunengbeileidatanceqi、電子狗等探側,且不易受市區雷達雜波幹擾。
在當下最火熱的無人駕駛領域,也是激光測距傳感器大顯身手的地方
穀歌的無人駕駛汽車一個“突出”的特點就是其車頂上方的旋轉式激光測距儀,該測距儀能發出 64 道激光光束,幫助汽車識別道路上潛在的危險。該激光的強度比較高,能計算出 200 米範圍內物體的距離,並借此創建出環境模型。
穀歌無人汽車
據負責無人駕駛汽車項目的總工程師Sebatian Thrun介紹,整個係統的核心是車頂上的激光測距儀(Velodyne 64-beam)。該設備在高速旋轉時向周圍發射64束激光,激光碰到周圍的物體並返回,便可計算出車體與周邊物體的距離。
計算機係統再根據這些距離數據描繪出精細的 3D 地形圖,然後跟高分辨率地圖相結合,生成不同的數據模型供車載計算機係統使用。
汽車頂部的激光測距儀是整套係統的核心
無人駕駛係統描繪出的3D地形圖
總結
實際上,激光測距傳感器的運用範圍遠不至上述這些,它還被廣泛應用於:電力,水利,通訊,環境,建築,地質,警務,消防,爆破,航海,鐵路,反恐/軍事,農業,林業,房地產,休閑/戶外運動等各個領域。
目前激光測距技術越來越朝著小型化、結構簡單、高精度、gaoshiyongfanweidefangxiangfazhan,tebieshisuizheshuzichulijishudefazhan,jiguangcejujishujiangbiandegengjiawanshan。ruxianjindebeijingyizaojishuhesanjiaoceliangjishudeyinru,keyishijiguangcejuchuanganqizaigengjiafuzadeqingkuangxiagenghaodigongzuo。womenxiangxin,suizhejishudefazhan,jiguangcejuchuanganqijijiguangcejujishuyidinghuidedaoyuelaiyueguangfandeyingyong。
本文來源於傳感器技術。
推薦閱讀:
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 三星上演罕見對峙:工會集會討薪,股東隔街抗議
- 摩爾線程實現DeepSeek-V4“Day-0”支持,國產GPU適配再提速
- 築牢安全防線:智能駕駛邁向規模化應用的關鍵挑戰與破局之道
- GPT-Image 2:99%文字準確率,AI生圖告別“鬼畫符”
- 機器人馬拉鬆的勝負手:藏在主板角落裏的“時鍾戰爭”
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
NFC
NFC芯片
NOR
ntc熱敏電阻
OGS
OLED
OLED麵板
OmniVision
Omron
OnSemi
PI
PLC
Premier Farnell
Recom
RF
RF/微波IC
RFID
rfid
RF連接器
RF模塊
RS
Rubycon
SATA連接器
SD連接器
SII
SIM卡連接器
SMT設備
SMU
SOC
SPANSION

