脉冲式激光测距的工作原理

脉冲式激光测距就是以脉冲光信号为主动光源，从发射光信号开始启动计时至收到回波激光信号停止测时，即直接测量激光往返传播的时间间隔。脉冲式激光测距公式，即激光测距基本公式(王雪祥，2009)为：

式中，R 为被测目标距离；c 为光在空气中的传播速度；t 为激光往返传播一次所需的时间。从式(2-8)可以看到，脉冲式激光测距精度由时间测量精度决定，这个时间的精确测量包括精准的时刻鉴别和精确的时间间隔测量两个方面。其中精准的时刻鉴别由光电探测处理电路来保障，精确的时间间隔测量则由时间间隔测量电路保证。由于脉冲式激光测距所发射的激光只是一个持续时间很短的光脉冲，故平均功率极少，而峰值功率可以很大，因此有比相位测量距离更大以及对激光器光源要求低的优点，更适合作为面阵激光雷达的测距方式(乔晓峰，2010；王雪祥，2009)。

脉冲式激光测距的原理如图2-6 所示。由激光发射系统发出一个持续时间极短的脉冲激光，经过待测距离R 之后，被目标物体反射，反射脉冲激光信号被激光接收系统中的光电探测器接收，时间间隔电路通过计算激光发射和回波信号到达时两者之间的时间t，即激光脉冲从激光器到目标物体之间的往返时间，得出目标物体与激光发射处的距离R为：R=ct/2。由距离计算公式可以看出，脉冲式激光测距的测量精度与脉冲发射到脉冲接收之间的时间差测量的精度有关(王建波，2002)。光速c 的精度依赖于对大气折射率n的测定，由折射率测定而带来的误差约为10-6，因此对于短距离脉冲激光测距来说(几千米以内)，折射率产生的误差可以忽略不计。(www.xing528.com)

激光测距系统的精确度主要依赖于激光脉冲的上升沿、接收通道的带宽、探测器的信噪比(峰值信号电流与噪声电流均方根值之比)和时间间隔测量精确度。以上主要是从激光传播时间t 出发来考虑距离R 的精度，其中关键是如何精确稳定地确定起止时刻和精确测量，它们各自对应的是时刻鉴别单元和时间间隔测量单元。

图2-6　脉冲式激光测距原理示意图(余鑫晨，2012)

脉冲式激光测距简单来说就是针对激光的传播时间差进行测距，它是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进行测距的。在有合作目标时，可以达到很远的测程；在近距离测量时(几千米以内)，即使没有合作目标，在精度要求不高的情况下也能进行测距(倪志武，2010)。目前脉冲式激光测距方法应用广泛，如地形测量、战术前沿测距、导弹运行轨道跟踪、激光雷达测距、人造卫星、地球到月球距离的测量等。