L'altimètre laser et le télémètre laser (ci-après dénommés altimètre laser) sont composés d'un système de transmission laser et d'un système de réception laser, et leurs performances se réfèrent en grande partie à leur capacité de mesure de distance, c'est-à-dire à la portée maximale. En particulier pour les altimètres laser à longue distance (plus de 20 km), l'indice de portée maximale est particulièrement important. En raison de divers facteurs, il n'est pas pratique de mesurer une cible à la distance de portée maximale au sol, et la précision des résultats n'est pas élevée.
La méthode du coefficient d'extinction est l'une des méthodes de laboratoire traditionnelles pour déterminer la portée maximale des altimètres laser. Bien que cette méthode doive également fonctionner sur le terrain, elle n'est pas la même que la mesure sur le terrain. Le processus d'implémentation spécifique de la méthode du coefficient d'extinction est le suivant : placer une plaque de réflexion diffuse à une distance de 0,5 km de l'altimètre laser, allumer le laser, et le laser émis frappe la plaque de réflexion diffuse. Un filtre est placé devant le système de réception pour réduire l'énergie laser atteignant le système de réception. La transmittance du filtre est préétablie et est légèrement ajustée pendant le fonctionnement. Le taux de transmittance auquel l'altimètre laser a une lecture de distance correcte est sa sensibilité. La portée maximale peut être obtenue à partir de la sensibilité. Lors du calcul de la portée maximale, il est également nécessaire de connaître la visibilité atmosphérique au moment de la mesure. La méthode du coefficient d'extinction est une méthode simple de mesure de la portée maximale d'un altimètre laser. Cependant, comme cette méthode ne peut être réalisée que sur le terrain, elle exige des exigences élevées pour le site expérimental. En même temps, elle est fortement influencée par les conditions atmosphériques, il est donc difficile d'obtenir un haut degré de précision.
La méthode de simulation par fibre optique de la distance cible peut simuler des cibles à différentes distances grâce à la transmission cyclique de la lumière laser dans la fibre optique pour réaliser la mesure de différents altimètres laser. Étant donné que le diamètre du faisceau laser est beaucoup plus grand que le diamètre de la fibre optique, il est nécessaire de concevoir un système optique pour coupler le faisceau laser, de sorte que le chemin optique de ce type d'équipement de détection soit complexe, et que l'axe optique soit difficile à aligner. En même temps, il est plus difficile de déterminer la capacité de retard de la fibre optique de la méthode, il est donc nécessaire d'utiliser un simulateur laser. La simulation du laser est utilisée pour générer des échos simulés. Cela se fait en modifiant les performances des composants internes du simulateur laser grâce à une combinaison de matériel et de logiciel pour obtenir un faisceau laser simulé avec des paramètres de performance ajustables, simulant l'effet de l'environnement externe sur le faisceau laser émis lors du mesurage réel. Le circuit de retard contrôle le retard entre le simulateur laser et le laser émis pour simuler différentes distances cibles.
Le problème technique à résoudre est de surmonter les difficultés mentionnées ci-dessus de la technologie existante et de fournir un équipement et une méthode pour mesurer la portée maximale de la capacité de télémétrie d'un altimètre/laseur, qui doivent être simples, et la méthode de mesure doit être simple et efficace.
La portée maximale d'un altimètre laser est relative à certaines conditions. Sous différentes conditions atmosphériques, la portée maximale obtenue en mesurant des cibles avec différentes caractéristiques de surface n'est pas la même. Par conséquent, non seulement l'énergie laser est différente pour des cibles de mesure ayant les mêmes caractéristiques de surface à différentes distances, mais l'énergie laser requise pour mesurer des cibles avec différentes caractéristiques de surface à la même distance est également différente. En correspondance avec ces différentes conditions de mesure, le système de réception de l'altimètre laser, la puissance minimale détectable du détecteur d'écho reste inchangée. C'est-à-dire que l'énergie d'écho minimale à laquelle le système de réception répond est une certaine valeur. Par conséquent, selon la valeur de puissance détectable minimale que l'altimètre laser doit atteindre correspondant à la valeur de chaque paramètre, vous pouvez déduire la portée maximale de la mesure de distance de l'altimètre laser.
Mesure de la capacité de télémétrie par altimètre laser de l'appareil, caractérisée par sa composition : le système émetteur laser de l'altimètre laser émet un faisceau laser dans la direction avant, comprenant successivement un miroir, un réflecteur, un atténuateur, une cible analogique, dans la direction de transmission du miroir est équipé d'un compteur d'énergie ; le miroir et le faisceau forment un angle de 45°, le réflecteur et le faisceau forment également un angle de 45°, et le rôle des deux est de réfracter le faisceau laser émis par l'altimètre laser. Le rôle des deux est de plier le faisceau laser de l'altimètre laser, afin qu'il soit coaxial avec le système de réception de l'altimètre laser et le système d'affichage des formes d'onde.
L'atténuateur mentionné comprend un support d'atténuateur et un ensemble d'atténuateurs comprenant une pluralité d'atténuateurs, le support d'atténuateur ayant une pluralité de prises d'atténuateur pour que ces atténuateurs puissent être insérés.
La cible de simulation mentionnée est un panneau réfléchissant avec une réflectivité de surface connue.
Les étapes suivantes sont incluses :
①. Amarrer l'altimètre laser avec l'équipement de mesure, de sorte que l'angle entre le miroir et l'axe optique du système de transmission laser de l'altimètre laser soit de 45°, et que l'angle entre le miroir et l'axe optique du système de réception laser de l'altimètre laser soit également de 45°, et s'assurer que le faisceau laser réfléchi par le miroir est coaxial avec l'axe optique du système de réception laser. L'angle entre le réflecteur total et l'axe optique du système de réception laser de l'altimètre laser est également de 45°;
②. Installer une cible simulée à une certaine distance Rs dans la direction avant du faisceau laser ;
③. Réglez l'énergie d'une seule impulsion du faisceau laser émis à une certaine valeur, qui est surveillée par un wattmètre comme Wo; ④.
④. Augmentez la pièce d'atténuateur, tout en surveillant le signal numérique de retour du laser par le système de réception du télémètre laser. signal numérique, lorsque le signal numérique de retour est 0, notez le taux de transmittance de l'atténuateur à; ⑤.
⑤. Calculez la portée maximale de l'altimètre laser en utilisant la formule suivante :
Dans la formule :
Wts=Woto- Énergie laser minimale détectable par impulsion unique de l'altimètre laser
Wo- compteur d'énergie détecté par l'énergie laser émise en un seul pulse
Taux de transmission de l'atténuateur lorsque le signal numérique de retour est 0
Wt - énergie maximale d'un seul pulse laser émis par l'altimètre laser
Ptar - Réflectance de surface de la cible
Réflectance de surface simulée par Ptars de la cible
α- Angle d'incidence du laser sur la surface de la cible
angle d'incidence du laser sur la surface de la cible simulée
t²a - transmittance atmosphérique bidirectionnelle du télémètre laser vers la cible mesurée
T²as - transmittance atmosphérique bidirectionnelle de l'altimètre laser vers la cible simulée
Rs - distance de l'altimètre laser à la cible simulée
Avantages : équipement de mesure simple, méthode de mesure simple ; le miroir transmissif 1 adopte une feuille semi-réfléchissante semi-transparente, le compteur d'énergie peut réaliser une mesure en temps réel de l'énergie d'émission du laser ; l'utilisation de la réflexion de repli à deux reprises du laser, pour garantir que l'émission et la réception du laser sont coaxiales, les expériences en intérieur ne sont pas affectées par l'environnement extérieur ; l'utilisation de la réflexion diffuse pour simuler la cible, simulant réellement la portée réelle, la réflexion du laser sur la cible.
Illustration:
FIG. 1 est un diagramme schématique de l'appareil de la présente invention pour mesurer la capacité de portée d'un altimètre laser et son état de mesure.
FIG. 2 est un diagramme schématique de la structure de l'atténuateur de la présente invention.
Mise en œuvre spécifique :
Tout d'abord, veuillez vous référer à la Figure 1, la Figure 2, la Figure 1 est le schéma de l'état de mesure de la capacité de mesure de distance de l'appareil altimètre laser de la présente invention, la Figure 2 est le schéma de la structure de l'atténuateur. Comme on peut le voir sur la figure, l'équipement de la présente invention pour mesurer la capacité de mesure de distance de l'altimètre laser comprend : miroir transmissif 1, réflecteur 2, compteur d'énergie 3, atténuateur 4, cible analogique 5 et système d'affichage d'onde 6. Le miroir transmissif 1 et le réflecteur 2 convertissent le laser émis par le système d'émission laser 71 de l'altimètre laser 7 pour être coaxial avec le système de réception laser 72. Le miroir transmissif 1 est une feuille semi-transparente et semi-réfléchissante, et le réflecteur 2 est une feuille entièrement réfléchissante. Un compteur d'énergie 3 est utilisé pour mesurer l'énergie du faisceau laser émis par le système d'émission laser 71. L'atténuateur 4 comprend un support 41 et un ensemble de feuilles d'atténuation 42. L'ensemble de l'atténuateur 4 est utilisé pour atténuer l'énergie du laser émis. L'ensemble d'atténuation 42 se compose de feuilles d'atténuation 421 avec différents taux de transmittance, et en changeant la composition de l'ensemble d'atténuation 42, différents taux de transmittance de l'atténuateur 4 peuvent être obtenus. La cible simulée 5 est une plaque réfléchissante avec une réflectance de surface connue Pars, et les réflexions générées par le laser incident suivent la loi de réflexion de Lambert, ce qui peut être utilisé pour simuler les réflexions diffuses générées par la cible lors de la mesure de la cible réelle par l'altimètre laser. Le système d'affichage d'onde 6 est réalisé à l'aide d'un oscilloscope pour surveiller le signal de retour. Voir Figure 1.
La méthode de mesure de la portée maximale de l'altimètre laser en utilisant l'équipement ci-dessus comprend les étapes suivantes :
A. Dockez l'altimètre laser 7 à l'appareil de mesure de sorte que l'angle entre le miroir transmissif 1 et l'axe optique du système de transmission laser 71 soit de 45°, et que l'angle entre le miroir réfléchissant 2 et l'axe optique du système de réception laser 72 soit également de 45.
L'angle entre le miroir 2 et le système de réception laser 72 est également de 45°. Cela garantit que le faisceau laser réfléchi par le miroir 2 est dans le même axe optique que le système de réception laser 72 ;
B. Placez la cible simulée 5 dans le chemin optique et ajustez la distance entre la cible simulée 5 et l'altimètre laser 7 selon les besoins, la distance doit être supérieure à 20 m et inférieure à 50 m, et utilisez la méthode traditionnelle pour mesurer la distance exacte Rs entre la cible simulée 5 et l'altimètre laser 7.
C. Réglez l'énergie laser émise par le système de transmission laser 71 à une certaine valeur Wo, changez la composition de l'atténuateur 4 pour obtenir différents taux de transmission, utilisez le système d'affichage d'onde 6 pour afficher les signaux numériques d'écho obtenus par le système de réception laser 72, et lorsque le signal numérique d'écho disparaît, enregistrez le taux de transmission correspondant de l'atténuateur 4 et la valeur d'énergie Wo affichée dans le wattmètre 3, c'est-à-dire que lors de la mesure de la distance de la cible simulée 5 à la distance donnée Rs, le taux de transmission souhaité sera enregistré, ce qui sera utilisé pour mesurer la distance entre la cible simulée 5 et l'altimètre laser 7. C'est l'énergie laser Wo requise pour mesurer une cible analogique 5 à une distance donnée Rs. À ce stade, la puissance correspondante du détecteur d'écho est la puissance minimale détectable WoTo de l'altimètre laser.
D. Calculez la portée maximale de l'altimètre laser 7 dans les conditions données à partir de la correspondance entre la portée maximale et chaque paramètre.
La portée maximale de l'altimètre laser est donnée par l'équation suivante :
Dans la formule :
Wts=Woto- Énergie laser minimale détectable par impulsion unique de l'altimètre laser
Wo- compteur d'énergie (3) a détecté l'émission d'une seule impulsion d'énergie laser.
À - transmittance de l'atténuateur (4) lorsque le signal numérique de retour est 0
Wt - énergie maximale d'un seul pulse laser émis par l'altimètre laser (7)
Ptar - réflectivité de surface de la cible
Réflectance de surface simulée de la cible (5)
angle d'incidence α du laser sur la surface de la cible
angle d'incidence du laser sur la surface de la cible simulée (5)
T²a - Transmittance atmosphérique bidirectionnelle de l'altimètre laser (7) vers la cible mesurée
T²as-transmittance atmosphérique bidirectionnelle du laser altimètre (7) vers la cible simulée (5)
Rs - distance de l'altimètre laser (7) à la cible simulée (5)