一文深度了解激光测距传感器运用场景

　　前面咱们了解了几种首要的测距/间隔传感器的原理及特色，其间，激光测距传感器因其抗搅扰才能强，精度高的优势，自诞生以来，得到了极大的开展，在各行各业都发挥着巨大的作用。

　　1960年世界上第一台红宝石激光器面世不久，以精密测距为首要功用的激光测距技能便随之诞生了。

　　经过了50多年的开展，其开展大致表现在两个方面：首先是运用各种新技能和设备进步测距精度和观测数据量；其次是进步测距体系的主动化程度，减小人力和物力的耗费。详细为：

　　1、在测距精度上，从开始的米级逐步进步到分米级、厘米级，现在世界上最先进的台站其测距精度已能到达毫米级。

　　2、在测距才能上，从开始的最远1000～2000km进步到2万km，甚至3.6万km。激光测月的完成使测距才能到达了38万km。

　　3、在测距频率上，从开始的每秒一次开展到现在每秒1000～2000次，更高频率的激光测距（如10kHz测距）也在实验中。

　　4、在测距波长上，现在遍及选用的仍是单色测距体系，一些台站也在运用双色／多色激光测距体系。双波长激光测距体系不再需求大气物理参数和大气模型的批改，只需丈量成果自身即可批改大气推迟，就能到达更好的数据精度。

　　5、在主动化程度上，从初期的人工目视盯梢，开展到今日计算机操控、主动盯梢。

　　空间激光测距技能在监测大陆板块运动、地壳形变、地球自转，改善地球重力场和地心引力常数，确认地球和海洋潮汐改动的规则，监测空间碎片等方面具有重要作用。它也是当时高精度卫星精密定位观测的首要手法之一，是现代各种定位观测手法中单点采样精度最高的一种，是支撑世界地球自转与参阅系服务（IERS）的技能手法之一。卫星激光测距技能在如下运用方面现已获得了显着的成果，具有宽广的运用远景。

　　运用卫星的激光观测数据所确认的轨道精度，3天弧段可达1cm；关于径向定轨精度可到达2～2.5cm。

　　在研讨地球质心的方位改动进程中，激光技能测定了现在最准确的地球引力常数GM，其测定值为：GM＝398600.4415km3／s2；运用不同轨道倾角和高度的激光卫星，准确测定了地球引力场模型，而且测定了地球引力场低阶球谐系数的季节性改动；一起还得出了地球质心方位的周期性改动，包含季节性和年际改动，最新的测定值为：J2＝-2.6*10-11／年（历元1986.0）；地球引力场的改动反映了地球内部及各圈层（包含海洋、大气、地下水、冰层等）的杂乱运动和相互作用进程，具有重要研讨价值。

　　地球自转参数（ERP）界说了地球旋转轴和随时刻序列的定向运动以及在天球参阅结构中的旋转速度。地球自转参数包含极移和日长（LOD）改动。运用激光测虎技能测定的地球极移分量（XP，YP）精度现在已到达0.1～0.2mas；日长（LOD）的测定精度现在已到达0.1ms。

　　运用激光长时刻观测数据能够准确地测定地上测站的地心坐标，高精度测站坐标的解算使得人们监测板块运动的希望成为或许。运用激光测距技能获得的数据，现已估量了40多个测站的站速度和站间基线的改动率。假如测站坐落板块的刚性部分，则其站速度就代表了板块运动。运用测站基线的改动率和站速度能够解算板块间的相对运动。

　　激光测距技能与其他空间技能（如GNSS、雷达高度计、SAR等）联合运用，将或许完成毫米级精度的海平面和冰盖地势的丈量。

　　运用激光测距技能能够准确测定空间碎片，确认碎片轨道方位，为空间碎片监测和空间磕碰预警体系供给精密轨道信息。

　　轻型便携式脉冲激光测距仪包含步卒和炮兵侦查用的手持式以及前沿侦查和前沿对空操控(FAC)双用处的激光测距仪—方针指示器。对上述用处的体系，要求机动灵活、重复轻、体积小、用电池组作电源、牢靠性和修理性高以及单一产品的本钱低一级。

　　在现代战争中，由曾经单一的步卒、炮兵独立作战开展到有步卒、炮兵和水兵陆战队组成的特种部队联合作战，武器体系也由单一的地炮、高炮逐步选用多功用归纳高技能。因而激光测距仪也由单一测距功用的便携式、手持式开展到激光测距、红外瞄准的昼夜观测仪以及激光测距、方针指示、红外瞄准的激光红外方针指示器等。

　　地上车载脉冲激光测距仪包含坦克、步卒战车(IFV)、火控、对空防护、火炮或导弹制导火控以及现在开展的地上车载激光测距仪—方针指示器等。其首要技能功能：最大测程4~10km，测距精度±5~10m，方针分辩约20m，重复频率0.1~1Hz，束散角0.4~1mrad。

　　激光测距仪在坦克火控体系中的运用是供给弹道轨道的超仰角批改信息和因逆风或方针移动引起的方位角校对信息以及间隔信息。步卒战车首要是运用激光测距仪去丈量方针是否在反坦克导弹的间隔内，其次用于枪炮火控和对方针的分选。

　　对空防护的脉冲激光测距仪以及选用了自保护措施的步卒战车对空防护脉冲激光测距仪均应按火控体系和作战体系的要求作业，在间隔和间隔速率以内对空中高速机动方针供给安稳的盯梢信息和间隔信息，以对立配备直升机、隐身飞机和巡航导弹、反辐射导弹的要挟。

　　这要求激光测距仪供给比较高的数据率(高的激光脉冲速率)和适当高的间隔精度，如最大测程为4~20km，测距精度为±2.5~5m，重复频率为6~20Hz，束散角为0.5~2.5mrad等。

　　机载脉冲激光测距仪能够用来配备配备直升机的导弹指令制导和配备固定翼飞机，用于封闭援助的光电飞行器等方针以及****飞机和导弹的进犯。

　　机载脉冲激光测距仪的首要技能功能：测程远、测距精度高、重复频率高、束散角小，一起机载设备应体积小、分量轻并要与航空指示器共用。

　　因而，激光器有必要运用高效循环液体作冷却器，以习惯高的作业速率要求，否则要选用气体或混合气体升压冷却。

　　舰载脉冲激光测距仪的开展在轻型便携式、车载和对空防护激光测距仪之后，它包含水面舰载和潜艇潜望两大类。

　　水面舰载脉冲激光测距仪在技能功能指标方面与车载火控和对空防护激光测距仪相同，在环境运用方面要习惯舰载海空、海面以及海上盐雾的荷刻要求，而在体积、分量、电功率、保护保养才能和本钱等方面的要求又不严苛。

　　因而，现在许多用来配备惯例火控和对空防护的水兵舰只，如保护(无声雷达)舰载飞机收回和与红外热成像、电视等组成盯梢体系，全天候监督和盯梢空中方针等共同的舰上运用正在呈现，其运用远景适当广泛。

　　潜艇潜望脉冲激光测距仪现在选用两种组合办法，第一种将激光测距仪、图画增强器和热成像仪装于其潜望镜中，而间隔显示器、触发按钮等别离装于操作手上方或邻近。

　　其长处是传输光路中激光损耗小，但光束飘移，不易捕获方针；第二种将上面三部分均装在潜望镜底部，整个体系的装置，调试、拆开均很便利，但选用这种办法的激光束要经过12m长的潜望镜管和15~20块透镜，能量损耗较大。

　　运用脉冲激光测距仪来丈量云层笔直高度的仪器称为云高激光测距仪。这类激光测距仪首要用来丈量机场的云层高度，也可用来丈量卫星****点的云层高度，为飞机的起降或卫星****供给安全的气候数据。

　　这类脉冲激光测距仪能够为前沿军事基地、机场或军用卫星****点(近间隔)的安全供给牢靠的气候数据，是现代战争不行短少的仪器；若运用它为大型世界机场、小型商业民用机场和民用通信卫星****点(近间隔)供给飞机起降或卫星****的安全气候数据，将对国民经济建设和进步世界诺言发生巨大的经济效益和社会效益。

　　激光测距技能在物联网智能交通中的一些或许运用方向，首要包含：激光测速传感器、轿车防撞体系、车流量监控、车型描画、车辆行人违法监测以及其他一些精密监控丈量中的运用等。

　　一般来说，大多数现有轿车磕碰防备体系的激光测距传感器运用激光光束以不触摸办法用于辨认轿车在前或许在后局势的方针轿车之间的间隔，当轿车间隔小于预订安全间隔时，轿车防磕碰体系对轿车进行紧迫刹车，或许对司机宣布报警，或许归纳方针轿车速度、车距、轿车制动间隔、呼应时刻等对轿车行进进行即时的判别和呼应，能够许多的削减行车事端。在高速公路上运用，其长处愈加显着。

　　这种运用办法一般固定到高速或许重要路口的龙门架上，激光****和接纳笔直地上向下，对准一条车道的中心方位，当有车辆通行时，激光测距传感器能实时输出所测得的间隔值的相对改动值，然后描绘出所测车的概括。

　　这种丈量办法一般运用测距规模小于30米即可，且要求激光测距速率比较高，一般要求能到达100赫兹就能够了。

　　这关于在重要路段监控能够到达很好的作用，能够区别各种车型，对车身高度扫描的采样率能够到达10厘米一个点。对车流限高，限长，车辆分型等都能实时分辩，并能快速输出成果。

　　在没有车辆到来时，激光测距传感器测出的是一个间隔常量，也便是激光测距传感器到地的间隔，当有车辆从激光测距传感器下面经过期，间隔值改动，当间隔值再次回到常量就认为有一辆车经过，依据这种办法咱们能够对经过一些路段的车流量进行监控。

　　现在常用的办法是对一段时刻内的车流进行计算均匀的办法，带有很大的估量成分，而视频计算的办法还有许多实践运用的困难，因而，激光测距计算办法为车流量计算供给了一种可行的计划。

　　因为激光测距传感器的光束不是实质性的妨碍，在运用激光测距传感器对路面进行监控的时分，并不会阻碍交通的正常运转。

　　因而，在一些禁停或许制止行人车辆通行的路段，用激光束平行路面以必定高度进行固定****或许以必定视点进行扫描，当遇到有车辆违法泊车闯红灯或许行人违法跨过护栏等，激光测距间隔值改动，能够进行报警或许警示。

　　这种运用光束不必要太宽，但一般要求测距间隔比较长，以保证必定路段长度的防护间隔。这种办法构成的智能交通违法监控体系将在交通物联网中得到很大的运用。

　　激光测距传感器是激光测距技能在交通管理范畴最早的一种方式，因为其杰出的功能，在实践运用中逐步得到遍及。激光测距传感器是选用激光测距的原理，是对被测物体进行两次有特定时刻间隔的激光测距，获得在此时刻间隔内被测物体的间隔改动，然后得到该被测物体的移动速度。

　　激光测速仪分为固定式的和移动式两种，固定式的一般固定在路旁边或许龙门架上，以一个比较小的视点迎向来车，一般经过车牌反射进行丈量，丈量精度比较高，能够到达±1公里/小时，测速规模可达250公里/小时，测距规模在此运用中不必太大，一般80到100米即可。

　　移动式激光测速仪对操作要求比较高，一般光束发散视点要大于3 mrad，鉴于激光测速的原理，激光光束有必要要瞄准笔直与激光光束的平面反射点，又因为车辆处于移动状况，车体平面不大，且测速需求必定时刻，只能作为暂时测速，取证运用。

　　激光测距传感器因为光束发散视点较小，便于测，不像雷达多普勒测速仪，在多车道丈量时不能确知超速的详细车辆，且因为激光测速传感器****的是近红外的光波，不能被雷达探测器、电子狗等探侧，且不易受市区雷达杂波搅扰。

　　谷歌的无人驾驶轿车一个“杰出”的特色便是其车顶上方的旋转式激光测距仪，该测距仪能宣布 64 道激光光束，协助轿车辨认道路上潜在的风险。该激光的强度比较高，能计算出 200 米规模内物体的间隔，并借此创建出环境模型。

　　据担任无人驾驶轿车项目的总工程师Sebatian Thrun介绍，整个体系的中心是车顶上的激光测距仪(Velodyne 64-beam)。该设备在高速旋转时向周围****64束激光，激光碰到周围的物体并回来，便可计算出车体与周边物体的间隔。

　　计算机体系再依据这些间隔数据描绘出精密的 3D 地势图，然后跟高分辩率地图相结合，生成不同的数据模型供车载计算机体系运用。

　　实践上，激光测距传感器的运用规模远不至上述这些，它还被广泛运用于：电力，水利，通讯，环境，修建，地质，警务，消防，爆炸，帆海，铁路，反恐/军事，农业，林业，房地产，休闲/户外运动等各个范畴。

　　现在激光测距技能越来越朝着小型化、结构简略、高精度、高适用规模的方向开展，特别是跟着数字处理技能的开展，激光测距技能将变的愈加完善。如先进的布景抑噪技能和三角丈量技能的引进，能够使激光测距传感器在愈加杂乱的情况下更好地作业。咱们信任，跟着技能的开展，激光测距传感器及激光测距技能必定会得到越来越广泛的运用。

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