Лазерный альтиметр и лазерный дальномер (в дальнейшем именуемые лазерным альтиметром) состоят из системы передачи лазера и системы приема лазера, и их характеристики в значительной степени зависят от их способности измерять расстояние, т.е. максимального диапазона. Особенно для лазерного альтиметра на дальние расстояния (более 20 км) индекс максимального диапазона имеет особое значение. Из-за различных факторов нецелесообразно измерять цель на максимальном расстоянии на земле, и точность результатов не высока.
Метод коэффициента extinction является одним из традиционных лабораторных методов для определения максимального диапазона лазерных альтиметров. Хотя этот метод также требует работы в поле, он отличается от полевых измерений. Конкретный процесс реализации метода коэффициента extinction следующий: разместите диффузную отражающую пластину на расстоянии 0,5 км от лазерного альтиметра, включите лазер, и излучаемый лазер попадает на диффузную отражающую пластину. Перед приемной системой устанавливается фильтр для уменьшения лазерной энергии, достигающей приемной системы. Пропускная способность фильтра заранее задана и немного регулируется в процессе работы. Процент пропускания, при котором лазерный альтиметр имеет правильное расстояние, является его чувствительностью. Максимальный диапазон можно получить из чувствительности. При расчете максимального диапазона также необходимо знать атмосферную видимость в момент измерения. Метод коэффициента extinction является простым методом измерения максимального диапазона лазерного альтиметра. Однако, поскольку этот метод может быть реализован только в поле, он предъявляет высокие требования к экспериментальному месту. В то же время он сильно зависит от атмосферных условий, поэтому трудно получить высокую степень точности.
Метод волоконно-оптической симуляции расстояния до цели может симулировать цели на различных расстояниях за счет циклической передачи лазерного света в оптоволокне для достижения измерения различных лазерных альтиметров. Поскольку диаметр лазерного луча значительно больше диаметра оптоволокна, необходимо разработать оптическую систему для сопряжения лазерного луча, поэтому оптический путь этого типа измерительного оборудования сложен, и выравнивание оптической оси затруднено. В то же время, более сложно определить задержку оптоволокна данного метода, для этого необходимо использовать лазерный симулятор. Симуляция лазера используется для генерации смоделированных эхо-сигналов. Это достигается изменением характеристик внутренних компонентов лазерного симулятора с помощью комбинации аппаратного и программного обеспечения для получения смоделированного лазерного луча с настраиваемыми параметрами производительности, имитируя влияние внешней среды на испускаемый лазерный луч во время фактического дальнометрирования. Задерживающая цепь контролирует задержку между лазерным симулятором и испускаемым лазером для симуляции различных расстояний до цели.
Техническая проблема, которую необходимо решить, заключается в преодолении вышеупомянутых трудностей существующей технологии и предоставлении оборудования и метода для измерения максимального диапазона возможностей лазерного альтиметра/дальномера, который должен быть простым, а метод измерения должен быть простым и эффективным.
Максимальная дальность лазерного альтиметра зависит от определенных условий. При различных атмосферных условиях максимальная дальность, полученная при измерении расстояний до целей с различными характеристиками поверхности, не одинакова. Поэтому лазерная энергия не только различна для целей с одинаковыми характеристиками поверхности на разных расстояниях, но и лазерная энергия, необходимая для измерения расстояний до целей с различными характеристиками поверхности на одном и том же расстоянии, также различна. Соответственно этим различным условиям измерения расстояний, система приема лазерного альтиметра, минимальная обнаруживаемая мощность детектора эха остается неизменной. То есть минимальная энергия эха, на которую реагирует приемная система, является определенным значением. Поэтому, в соответствии с лазерным альтиметром, чтобы достичь минимального значения обнаруживаемой мощности, соответствующего значению каждого параметра, можно вывести максимальную дальность измерения расстояния лазерного альтиметра.
Измерение возможностей дальномера лазерного альтиметра устройства, характеризующееся его составом: вдоль лазерного альтиметра система передатчика лазера излучает лазерный луч в направлении вперед, включая зеркало, отражатель, аттенюатор, аналоговую цель, в направлении передачи зеркало оснащено энергометром; угол между зеркалом и лучом составляет 45°, угол между отражателем и лучом составляет 45°, и роль обоих заключается в том, чтобы лазерный луч, излучаемый лазерным альтиметром, преломлялся. Роль обоих заключается в том, чтобы складывать лазерный луч от лазерного альтиметра, чтобы он был соосен с системой приема лазерного альтиметра и системой отображения формы волны.
Указанный аттенюатор состоит из держателя аттенюатора и набора аттенюаторов, содержащего несколько аттенюаторов, при этом держатель аттенюатора имеет несколько гнезд для вставки таких аттенюаторов.
Сказанная цель симуляции — это отражающая панель с известной поверхностной отражательной способностью.
Включены следующие шаги:
①. Стыковка лазерного альтиметра с измерительным оборудованием, так что угол между зеркалом и оптической осью лазерной передающей системы лазерного альтиметра составляет 45°, а угол между зеркалом и оптической осью лазерной приемной системы лазерного альтиметра также составляет 45°, и необходимо обеспечить, чтобы лазерный луч, отраженный зеркалом, был соосен с оптической осью лазерной приемной системы. Угол между полным отражателем и оптической осью лазерной приемной системы лазерного альтиметра также составляет 45°;
②. Установите смоделированную цель на определенном расстоянии Rs в прямом направлении лазерного луча;
③. Установите энергию одного импульса излучаемого лазерного луча на определенное значение, которое контролируется энергетическим измерителем как Wo; ④.
④. Увеличьте элемент аттенюатора, одновременно с этим с помощью системы лазерного дальномера контролируйте цифровой сигнал возврата лазера. Цифровой сигнал, когда сигнал возврата равен 0, запишите коэффициент пропускания аттенюатора To; ⑤.
⑤. Рассчитайте максимальный диапазон лазерного альтиметра, используя следующую формулу:
В формуле:
Wts=Woto- Минимально обнаруживаемая энергия одиночного импульса лазера лазерного альтиметра
Энергометры Wo - обнаружены по излучаемой одиночной импульсной лазерной энергии
К - Скорость передачи аттенюатора, когда возвращаемый цифровой сигнал равен 0
Вт - максимальная энергия одиночного импульса лазера, излучаемая лазерным альтиметром
Ptar- Отражательная способность поверхности цели
Ptars-моделированная отражательная способность поверхности цели
α- Угол падения лазера на поверхность цели
угол падения лазера на поверхность смоделированной цели
t²a- атмосферная двусторонняя пропускная способность от лазерного альтиметра к измеряемой цели
T²as - атмосферная двусторонняя пропускная способность от лазерного альтиметра к смоделированной цели
Rs - расстояние от лазерного альтиметра до смоделированной цели
Преимущества: простое измерительное оборудование, простой метод измерения; передающее зеркало 1 использует полупрозрачный полупрозрачный лист, энергетический счетчик может осуществлять измерение энергии лазерного излучения в реальном времени; использование передачи лазера дважды с отражающим складыванием, чтобы обеспечить соосность излучения и приема лазера, в помещениях эксперименты не подвержены влиянию внешней среды; использование диффузного отражения для моделирования цели, реальная симуляция фактического диапазона, отражение лазера от цели.
Иллюстрация:
Рис. 1 является схемой устройства настоящего изобретения для измерения дальности лазерного альтиметра и его состояния измерения.
Рис. 2 является схемой структуры аттенюатора настоящего изобретения.
Конкретная реализация:
Прежде всего, пожалуйста, обратитесь к Рисунку 1, Рисунку 2, Рисунок 1 - это схема измерения способности устройства лазерного альтиметра к измерению расстояния и его состояния измерения, Рисунок 2 - это схема структуры аттенюатора. Как видно из рисунка, оборудование настоящего изобретения для измерения способности лазерного альтиметра к измерению расстояния включает: полупрозрачное зеркало 1, отражатель 2, измеритель энергии 3, аттенюатор 4, аналоговую мишень 5 и систему отображения формы сигнала 6. Полупрозрачное зеркало 1 и отражатель 2 преобразуют лазер, излучаемый из системы передачи лазера 71 лазерного альтиметра 7, так чтобы он был соосен с системой приема лазера 72. Полупрозрачное зеркало 1 является полупрозрачным и полурефлективным листом, а отражатель 2 - полностью рефлективным листом. Измеритель энергии 3 используется для измерения энергии лазерного луча, излучаемого системой излучения лазера 71. Аттенюатор 4 состоит из держателя 41 и набора аттенюаторных листов 42. Весь аттенюатор 4 используется для ослабления энергии излучаемого лазера. Набор аттенюаторов 42 состоит из аттенюаторных листов 421 с различными коэффициентами пропускания, и, изменяя состав набора аттенюаторов 42, можно получить различные коэффициенты пропускания аттенюатора 4. Смоделированная мишень 5 - это отражающая пластина с известной поверхностной отражательной способностью Pars, и отражения, возникающие от падающего лазера, следуют закону отражения Ламберта, что может быть использовано для моделирования диффузных отражений, возникающих от мишени при измерении расстояния до реальной мишени с помощью лазерного альтиметра. Система отображения формы сигнала 6 реализована с использованием осциллографа для мониторинга возвращаемого сигнала. См. Рисунок 1.
Метод измерения максимального диапазона лазерного альтиметра с использованием вышеуказанного оборудования включает в себя следующие шаги:
Прикрепите лазерный альтиметр 7 к измерительному устройству так, чтобы угол между прозрачным зеркалом 1 и оптической осью лазерной передающей системы 71 составлял 45°, а угол между отражающим зеркалом 2 и оптической осью лазерной приемной системы 72 также составлял 45.
Угол между зеркалом 2 и лазерной приемной системой 72 также составляет 45°. Это обеспечивает то, что лазерный луч, отраженный зеркалом 2, находится в одной оптической оси с лазерной приемной системой 72;
Установите смоделированную цель 5 в оптическом пути и отрегулируйте расстояние между смоделированной целью 5 и лазерным альтиметром 7 в зависимости от необходимости, расстояние должно быть более 20 м и менее 50 м, что является подходящим, и используйте традиционный метод для измерения точного расстояния Rs между смоделированной целью 5 и лазерным альтиметром 7.
C. Установите энергию лазера, излучаемую лазерной передающей системой 71, на определенное значение Wo, измените состав аттенюатора 4, чтобы получить различные коэффициенты передачи, используйте систему отображения формы волны 6 для отображения цифровых сигналов эха, полученных лазерной приемной системой 72, и когда цифровой сигнал эха исчезает, запишите соответствующий коэффициент передачи аттенюатора 4 и значение энергии Wo, отображаемое в измерителе энергии 3, т.е. при измерении расстояния до смоделированной цели 5 на заданном расстоянии Rs будет записан желаемый коэффициент передачи, который будет использоваться для измерения расстояния между смоделированной целью 5 и лазерным альтиметром 7. Это энергия лазера Wo, необходимая для измерения расстояния до аналоговой цели 5 на заданном расстоянии Rs. В этот момент соответствующая мощность детектора эха является минимально детектируемой мощностью WoTo лазерного альтиметра.
D. Рассчитайте максимальный диапазон лазерного альтиметра 7 при заданных условиях на основе соответствия между максимальным диапазоном и каждым параметром.
Максимальный диапазон лазерного альтиметра задается следующим уравнением:
В формуле:
Wts=Woto- Минимально обнаруживаемая энергия одиночного импульса лазера лазерного альтиметра
Wo- энергетический счетчик (3) обнаружил излучение одного импульса лазерной энергии
Коэффициент пропускания аттенюатора (4), когда возвращаемый цифровой сигнал равен 0
Вт - максимальная энергия одиночного импульса лазера, излучаемая лазерным альтиметром (7)
Ptar- отражательная способность поверхности цели
Парс-симулированная отражательная способность поверхности цели (5)
угол α падения лазера на поверхность цели
угол падения лазера на поверхность смоделированной цели (5)
T²a- Атмосферная двусторонняя пропускная способность от лазерного альтиметра (7) к измеряемой цели
T²ас-атмосферная двусторонняя пропускная способность от лазерного альтиметра (7) к смоделированной цели (5)
Rs - расстояние от лазерного альтиметра (7) до смоделированной цели (5)