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专利名称：测量激光测高仪/测距仪测距能力的设备和方法
技术领域：
本发明涉及激光测高仪和激光测距仪性能参数的测量，特别是一种用于测量激光测高仪/测距仪测距能力的设备和方法。
背景技术：
激光测高仪和激光测距仪(以下简称激光测高仪)均由激光发射系统和激光接收系统组成，其性能在很大程度上是指其测距能力，即最大测程。特别是对远距离的激光测高仪(20km以上)来说，最大测程指标尤为重要。由于受到各种因素的影响，在地面对位于最大测程距离处的目标进行实测并不现实，其结果的精确度也是不高的。
消光系数法是传统的实验室测定激光测高仪最大测程的方法之一。这种方法虽然也需要在野外作业，但并不同于野外实测。消光系数法的具体实施过程为在距离激光测高仪0.5km处放置一个漫反射板，打开激光器，发射的激光打到漫反射板上。在接收系统前面放置滤光片，减小到达接收系统内的激光能量。滤光片的透过率是预先设定的，在实际的操作过程中，再根据情况对透过率作微量的调节。激光测高仪有正确的距离读数时的透过率就是其灵敏度。根据灵敏度可以得到最大测程。在计算最大测程时，还需知道测量时的大气能见度。消光系数法不失为一种原理与设备简单的测量激光测高仪的最大测程的方法。但是，由于这种方法只能在野外实现，对实验场地要求较高。同时，受大气条件影响较大，因此，很难获得较高的精确度。
光纤模拟目标距离的方法，通过激光在光纤中的循环传输，可以模拟不同距离的目标，实现对不同激光测高仪进行测量。由于激光束的直径远远大于光纤的直径，需要设计光学系统将激光束进行耦合，因此该类型的检测设备光路复杂，且光轴对准困难，同时，较难测定光纤的延时。
结合电子学及软件的手段，测量激光测高仪测距能力的方法，需要使用激光模拟器。模拟激光器用于产生模拟回波。具体途径为通过软硬件结合的方式，改变激光模拟器的内部元器件的性能，从而得到性能参数可调的模拟激光束，模拟在实际测距时，外界环境对发射激光束的影响。通过延时电路控制激光模拟器相对于发射激光之间的延时，可以模拟不同的目标距离。

发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的困难，提供一种测量激光测高仪/测距仪测距能力最大测程的设备和方法，该设备应简单，测量方法简便有效。
激光测高仪的最大测程是相对一定的条件而言的。在不同的大气条件下，对不同表面特性的目标物进行测距，得到的最大测程是不相同的。因此，不仅对处于不同距离的同一表面特性的目标物测距时，激光发射能量不同；在对相同距离、不同表面特性目标物测距时，所需的激光发射能量也不一样。对应这些不同的测距条件，激光测高仪的接收系统中，回波探测器的最小可探测功率是不变的。即接收系统有响应的最小回波能量是一定值。因此，根据激光测高仪达到最小可探测功率值时对应的各参数的值，即可推算出激光测高仪测距时的最大测程。
本发明的具体技术方案如下一种测量激光测高仪测距能力的设备，其特征在于其构成是沿该激光测高仪的激光发射系统发出的激光束前进方向依次包括透反镜、反射镜、衰减器、模拟目标，在透反镜的透射方向设有能量计；透反镜与光束成45°，反射镜与光束成45°，且二者的作用是将激光测高仪所发出的激光光束折转，使之与激光测高仪的接收系统同轴，还有波形显示系统。
所述的衰减器由衰减片支架和包含有多块衰减片的衰减片组构成，衰减片支架具有多个衰减片插口，供该衰减片插设。
所述的模拟目标是表面反射率已知的反射板。
包括下列步骤①.将激光测高仪与测量设备对接，使透反镜与激光测高仪的激光发射系统的光轴的夹角为45°，全反射镜与激光测高仪的激光接收系统的光轴之间的夹角也是45°，并保障经反射镜反射后的激光束与该激光接收系统的光轴同轴；②.在激光束前进方向上一定距离Rs设置模拟目标；③.将发射激光束单脉冲的能量设为一定值，由能量计监测为Wo；④.增加衰减器的衰减片，同时由激光测距仪的激光接收系统监测激光回波的数字信号，当回波数字信号为0时，记下衰减器的透过率τo；⑤.利用下列公式计算激光测高仪的最大测程Rmax2=Wt·ρtar·cosα·τa2Wts·ρtars·cosαs·τas2·Rs2]]>式中Wts＝Woτo-激光测高仪最小可探测的单脉冲激光能量Wo-能量计检测的发射的单脉冲激光能量τo-当回波数字信号为0时，衰减器的透过率Wt-激光测高仪发射的单脉冲最大激光能量
ρtar-目标物的表面反射率ρtars-模拟目标表面反射率α-激光对目标物表面的入射角αs-激光对模拟目标表面的入射角τ2a-光测高仪至实测目标的大气双程透过率τ2as-激光测高仪至模拟目标的大气双程透过率Rs-激光测高仪到模拟目标之间的距离本发明的优点是测量设备简单，测量方法简便；透反镜1采用半反半透片，能量计可以对激光发射能量实现实时测量；采用发射激光两次反射折转，保证激光的发射与接收同轴，室内实验，不受外界环境影响；采用漫反射模拟目标，真实模拟实际测距时，目标对激光的反射。


图1为本发明的测量激光测高仪测距能力的设备及其测量状态的示意图。
图2是本发明衰减器的结构示意图。
具体实施例方式先请参阅图1、图2，图1是本发明测量激光测高仪测距能力的设备及其测量状态的示意图，图2是衰减器的结构示意图。由图可见，本发明测量激光测高仪测距能力的设备包括具有一定透射的透反镜1、反射镜2、能量计3、衰减器4、模拟目标5、波形显示系统6。透反镜1和反射镜2将激光测高仪7的激光发射系统71所发出的激光折转到与激光接收系统72同轴。透反镜1为半透半反片，反射镜2为全反射片。能量计3用于测量激光发射系统71所发出的激光束的能量。衰减器4由支架41和衰减片组42组成。整个衰减器4用于衰减发射激光的能量。衰减片组42由具有不同透过率的衰减片421组成，通过改变衰减片组42的组成，可以得到不同透过率的衰减器4。模拟目标5是表面反射率ρtars已知的反射板，对入射激光产生的反射遵循朗伯反射定律，可用于模拟激光测高仪对真实目标测距时，由目标所产生的漫反射。波形显示系统6使用示波器实现，用于监测回波信号。见图1。
利用上述设备测量激光测高仪最大测程的方法，包括下列步骤A.将激光测高仪7与测量设备对接，使透反镜1和激光发射系统71光轴之间的夹角为45°，反射镜2与激光接收系统72光轴之间的夹角也为45。保证经过反射镜2反射后的激光束与激光接收系统72同光轴；B.将模拟目标5设置在光路中，并根据需要调节模拟目标5与激光测高仪7之间的距离，距离以大于20m小于50m为宜，并使用传统方法测量模拟目标5与激光测高仪7之间的确切距离Rs；C.将激光发射系统71发射的激光能量设为一定值Wo，改变衰减器4的组成，以得到不同的透过率，使用波形显示系统6显示激光接收系统72所得到的回波数字信号，当数字回波信号消失时记录对应的衰减器4的透过率τo以及能量计3中所显示的能量值Wo，即在对给定距离Rs的模拟目标5测距时，所需的激光能量Wo。此时，所对应的回波探测器的功率就是激光测高仪最小可探测功率Woτo。
D.由最大测程与各参数之间的对应关系，计算在给定条件下的激光测高仪7的最大测程。
激光测高仪的最大测程由下式来表示
Rmax2=Wt·ρtar·cosα·τa2Wts·ρtars·cosαs·τas2·Rs2]]>式中Wts＝Woτo-激光测高仪最小可探测的单脉冲激光能量Wo-能量计(3)检测的发射的单脉冲激光能量τo-当回波数字信号为0时，衰减器(4)的透过率Wt-激光测高仪(7)发射的最大单脉冲激光能量ρtar-目标物的表面反射率ρtars-模拟目标(5)表面反射率α-激光对目标物表面的入射角αs-激光对模拟目标(5)表面的入射角τ2a-激光测高仪(7)至实测目标的大气双程透过率τ2as-激光测高仪(7)至模拟目标(5)的大气双程透过率Rs-激光测高仪(7)到模拟目标(5)之间的距离
权利要求
1.一种测量激光测高仪测距能力的设备，其特征在于其构成是沿该激光测高仪(7)的激光发射系统(71)发出的激光束前进方向依次包括透反镜(1)、反射镜(2)、衰减器(4)、模拟目标(5)，在透反镜(1)的透射方向设有能量计(3)；透反镜(1)与光束成45°，反射镜(2)与光束成45°，且二者的作用是将激光测高仪(7)所发出的激光光束折转，使之与激光测高仪(7)的激光接收系统(72)同轴；还有波形显示系统(6)。
2.根据权利要求1所述的测量激光测高仪测距能力的设备，其特征在于所述的衰减器(4)由衰减片支架(41)和包含有多块衰减片(421)的衰减片组(42)构成，衰减片支架(41)具有多个衰减片插口(411)，供该衰减片(421)插设。
3.根据权利要求2所述的测量激光测高仪测距能力的设备，其特征在于所述的模拟目标(5)是表面反射率已知的反射板。
4.根据权利要求1所述的测量激光测高仪测距能力的设备，其特征在于包括下列步骤①.将激光测高仪(7)与测量设备对接，使透反镜(1)与激光测高仪(7)的激光发射系统(71)的光轴的夹角为45°，全反射镜(2)与激光测高仪(7)的激光接收系统(72)的光轴之间的夹角也是45°，并保障经反射镜(2)反射后的激光束与该激光接收系统(72)的光轴同轴；②.在激光束前进方向上一定距离Rs设置模拟目标(5)；③.将发射激光束单脉冲的能量设为一定值，由能量计(3)监测为Wo；④.增加衰减器(4)的衰减片(421)，同时由激光测距仪(7)的激光接收系统(72)监测激光回波的数字信号，当回波数字信号为0时，记下衰减器(4)的透过率τo；⑤.利用下列公式计算激光测高仪(7)的最大测程RmaxRmax2=Wt·ρtar·cosα·τa2Wts·ρtars·cosαs·τas2·Rs2]]>式中Wts＝Woτo—激光测高仪最小可探测的单脉冲激光能量Wo—能量计(3)检测的发射的单脉冲激光能量τo—当回波数字信号为0时，衰减器(4)的透过率Wt—激光测高仪(7)发射的最大单脉冲激光能量ρtar—目标物的表面反射率ρtars—模拟目标(5)表面反射率α—激光对目标物表面的入射角αs—激光对模拟目标(5)表面的入射角τ2a—激光测高仪(7)至实测目标的大气双程透过率τ2as—激光测高仪(7)至模拟目标(5)的大气双程透过率Rs—激光测高仪(7)到模拟目标(5)之间的距离
全文摘要
一种测量激光测高仪测距能力的设备，其特征在于其构成是沿该激光测高仪的激光发射系统发出的激光束前进方向依次包括透反镜、反射镜、衰减器、模拟目标，在透反镜的透射方向设有能量计；透反镜与光束成45°，反射镜与光束成45°，且二者的作用是将激光测高仪所发出的激光光束折转，使之与激光测高仪的激光接收系统同轴；还有波形显示系统。本发明具有设备简单、操作方便、室内测试、不受外界环境影响和测量精度高等优点。
文档编号G01N21/00GK1544915SQ20031010872
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月20日 优先权日2003年11月20日
发明者苏嵘, 张海洪, 胡以华, 方抗美, 陈育伟, 苏 嵘 申请人:中国科学院上海技术物理研究所