Matlab激光雷达测距过程的建模与仿真+文献综述(3)
2.2.2相位法测距
用连续调制的激光光束照射被测目标，通过测量光束往返中产生相位变化，换算出被测目标的距离，其实质也是计时测距法，只是将时间信息转换成相位信息。为了确保测量精度，一般要在被测目标上安装反射区。这种相位式激光测距法其相对误差仅有百万分之一，在几千米的距离上误差只有几毫米[11]。假设测量距离为D,则光波经过2D后相位变换如图2所示：
图2 光波经过2D后相位变换图[12]
图中左边的A表示调制光波的发射点，B表示安装发射器的地点，右边的A表示所发出的调制光波经反射器反射后的接收地点，AA两点间的距离即是待测距离D的两倍。
2.2.3脉冲-相位法测距
相位法测距精度高，而脉冲法测距测程远，如果将脉冲辐射和相位法同时结合起来，就产生了一种新测距方法，即为脉冲-相位法测距。这种测距方法具有测距精度高和测程远的特点。脉冲-相位法测距可以使用半导体、气体或者固体激光器作为光源。
2.2.4干涉法测距
干涉法测距是通过测量未经调制的光波本身的相位叠加关系来测距的。她是利用两束光的干涉原理测出回射镜的相对距离值。通过探测干涉条纹的变化来测量距离。距离公式 ，由于光波的波长很短，而且激光的单色性使其波长值很准确，所以距离分辨率可达半个激光波长，一般在微米量级，这是其它任何测距方法都不能比拟的。激光的单色性又使其光波带宽极窄，增加了光的相干长度，从原理上讲测程将大大提高。然而，由于这种方法只能测量反射镜的动态位移量，所以它仅仅用于测量相对距离，而不能测量绝对距离[12]。目前，在测量地壳形变、大陆漂移、地震火山爆发预报、侦查地下核爆发方面等，相对激光干涉测量以其特有的精度而获得了应用[13]。
2.3 本章小结
激光雷达一般由发射系统、接收系统 、信息处理等部分组成。发射系统发射激光脉冲；接收系统接收回波信号，信息处理系统处理接收到的信号。常用的测距方法有脉冲测距法、相位测距法、干涉测距法、脉冲-相位测距法等多种，其中脉冲测距法应用最为简单，有着广泛的应用。
3 激光雷达测距过程的理论建模
3.1 激光雷达测距原理
激光雷达测距系统主要由激光发射系统、回波接收系统、信号检测系统和信号处理系统组成。激光雷达测距的工作大致过程如下：当测距仪对准目标后，激光发射系统控制激光器发射激光脉冲，同时会有部分光波被截取作为触发信号，使得计时电路开始计时，记录脉冲个数。发射信号到达目标后，发生反射，经过目标散射的回波信号通过光学天线接收后，进入回波接收系统，被光电探测器接收，进行光电转换，把光信号转换成电信号，送入信息检测系统同时，通过阈值检测，产生截止脉冲，计数器停止计时。然后，根据计时的脉冲个数，结合脉冲周期，计算出距离，通过串口将实时数据传输到计算机进行存储处理[14]。
图3 激光雷达测距原理图[15]
设目标距离为D，光脉冲往返经过的时间为t，光在空气中的速度为c，则
（1）
式中，t是从光脉冲发射然后从目标返回接收器的时间间隔。它是通过计数器计数在这一段时间内，进入计数器的钟频脉冲个数来计算测量距离的。设在这段时间里，有n个脉冲进入计数器，每个脉冲的周期为τ，脉冲的振荡频率为 [15]，则