目 录

第1章绪论 1

1.1 激光的特点及应用 1

1.1.1 激光的产生及特点 1

1.1.2 激光的应用 3

1.2 经典的激光距离测量方法 15

1.2.1 激光非干涉测距方法 15

1.2.2 激光干涉测距方法 18

1.3 脉冲激光测距技术发展 21

1.3.1 脉冲激光测距机发展概况 21

1.3.2 脉冲激光测距技术研究的新方向 22

参考文献 23

第2章经典脉冲激光测距原理及组成 25

2.1 基本原理 25

2.1.1 测距原理和组成 25

2.1.2 测距方程 27

2.1.3 较大可测距离和测距精度 29

2.1.4 消光试验 31

2.2 激光发射机 31

2.2.1 军用激光测距机可选用的激光器 31

2.2.2 固体激光器 32

2.2.3 全固态激光技术 39

2.2.4 人眼安全的固体激光器 40

2.2.5 喇曼激光器 44

2.2.6 气体激光器 49

2.2.7 半导体激光器 51

2.3 激光接收机 54

2.3.1 直接探测激光接收机 54

2.3.2 外差探测激光接收机 60

2.3.3 背景噪声 62

2.3.4 光电探测器 65

2.3.5 信号的分辨 75

2.4 应用和发展概况 78

2.4.1 发展概况 78

2.4.2 装备和研制现况 79

2.4.3 新一代军用激光测距机的研制 81

参考文献 84

第3章高精度脉冲激光测距技术 86

3.1 脉冲式激光测距系统的误差分析 86

3.1.1 系统误差 86

3.1.2 随机误差 89

3.1.3 脉冲激光测距系统的总误差 92

3.2 激光光源的脉宽压缩和控制 93

3.2.1 调Q激光器脉宽压缩 93

3.2.2 光纤激光器的脉宽压缩技术 111

3.2.3 半导体激光器的脉宽控制 120

3.3 脉冲到达时刻鉴别 122

3.3.1 脉冲前沿鉴别及其改进 123

3.3.2 恒定比值时刻鉴别及其改进 127

3.3.3 过零时刻鉴别及其改进 129

3.4 精密时间间隔测量 134

3.4.1脉冲计数法的测量误差 134

3.4.2 时间放大测量 135

3.4.3 计数器及计数方法的改进 139

3.4.4 基于数字移相等效时钟的时间间隔测量及实现 148

3.4.5 游标卡尺测量技术 154

3.4.6 时间间隔的内插测量 157

3.4.7 时间间隔的“粗”“细”组合测量 169

参考文献 174

第4章超远程脉冲激光测距技术 179

4.1 引言 179

4.2 超远程脉冲激光测距基本理论 179

4.2.1 实现原理与系统结构 179

4.2.2 激光测距方程 182

4.2.3 光子探测概率方程 183

4.3 单光子探测技术 184

4.3.1 APD工作模式与单光子计数原理 185

4.3.2 GM-APD雪崩抑制技术 187

4.3.3 GM-APD单光子探测器性能参数 191

4.4 微弱回波信号检测技术 195

4.4.1 信号积累技术 195

4.4.2 匹配滤波技术 197

4.4.3 相关检测技术 200

4.4.4 高阶统计检测技术 201

4.4.5 虚警抑制 203

4.5 基于事件计时器的时间间隔测量 205

4.4.1 事件计时器原理 205

4.4.2 A032-ET计时器 207

参考文献 210

第5章飞秒脉冲激光频率梳距离测量 214

5.1 概述 214

5.1.1 光学频率梳距离测量技术需求背景 214

5.1.2 传统激光测距方法的局限 216

5.1.3 飞秒光频梳测距技术发展概况 218

5.1.4 光频梳测距技术研究中的关键问题 224

5.2 飞秒光频梳及其产生 227

5.2.1 光学频率梳 227

5.2.2 光频梳的产生 230

5.3 光频梳距离测量技术基础 233

5.3.1 多波长干涉测距及其合成波长 233

5.3.2 合成波长干涉测量的级间过渡条件和逐级精化理论 240

5.3.3 合成波长测距的误差分析 244

5.4 飞秒光频梳测距方法 246

5.4.1 频率梳齿间干涉相位测距法 246

5.4.2 脉冲飞行时间与互相关干涉联合测距法 249

5.4.3 频率梳光谱分辨干涉测距法 253

5.4.4 参考光学频率梳的多波长干涉测距法 256

5.4.5 TOF、MWI和SRI组合测量测距法 257

5.4.6 双飞秒频率梳外差测量 261

5.4.7 双光梳多外差测距方法 263

5.4.8 基于外差双光学频率梳的多波长干涉测距方法 274

5.5 光梳多波长干涉测距的波长选择和相位信息提取方法 280

5.5.1 光梳多波长测距的波长选择 280

5.5.2 多波长干涉测距相位信息提取方法 286

参考文献 289