30000字硕士毕业论文高精度激光脉冲测距理论及完成方法在建筑中的应用与探讨
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：30000字
论点：测距,激光,脉冲
论文概述：
课题研究背景与意义随着科学技术的发展和工业的进步，特别是近些年国家对基础设施建设投入力度的加大，大型的建筑工程结构(如三峡大坝、鸟巢、水立方、首都机场)越来越多，从规模和建
论文正文：
第一章导言
研究课题的背景和意义随着科学技术的发展和工业的进步，特别是近年来，国家加大了对基础设施建设的投入，大型建筑结构越来越多(如三峡大坝、鸟巢、水立方和首都机场)。从规模和结构来看，这些都是世界上规模较大、精度较高的工程结构。然而，为了建造一个大型工程结构，需要准确测量工程建设、验收和后期使用维护各个阶段的重要尺寸和尺寸误差的变化规律，以保证工程结构的施工质量、安全和精度。因此，大型工程结构的高精度测量问题已成为当今世界建筑行业的突出问题，使得这些大型工程结构的高精度测量成为工程界迫切需要解决的关键技术。在当今社会工程建设中，使用的测量仪器主要有经纬仪、水准仪、激光测距仪等。激光测距仪可与其他测量仪器(如电子经纬仪)或扫描机构结合，组成智能全站仪、激光雷达、激光剖面探测器等。因此，本文研究的高精度激光脉冲测量——激光测距理论及其实现方法具有重要的现实意义。I}
激光测距法以前主要是相位法和脉冲法。相位法虽然精度高，但不能实现远距离测量。然而，脉冲测距具有探测距离长、对光源相干性要求低的优点。利用激光脉冲持续时间极短、时间能量相对集中、瞬时功率大的特点，可以在相同平均光功率下实现精度有限的长距离测量。因此，它广泛应用于建筑工程、工业、航空空航天、军事、地球大气探测和机器人技术等地方。不同的应用领域对测量范围和精度要求不高。因此，在没有合作目标和长距离的情况下，提高激光脉冲测量；EJ1的准确性..非常必要。半导体激光器的出现为激光测距技术的民用提供了一种新的技术手段，因为半导体激光器体积小、功耗低、寿命长、发光强度大，发光强度可以随着注入电流的大小而变化，可以由激发电源直接调制。这种调制特性极大地简化了测距系统的结构。同时，由于电子技术的发展以及半导体电路和集成电路的应用，以激光二极管为光源的激光测距系统可以测量几千米，测距仪体积小、重量轻、功耗低。
因此，激光二极管是发展激光脉冲测距的理想光源。激光测距仪集成了与光学、机械、电子和计算机相关的新技术和理论。因此，随着激光技术、电子学、计算技术和集成光学的发展，以及数据微处理和存储性能的提高，激光膝盖骨测量仪的发展趋势将体现在以下几个方面:(1)小型化、轻量化和人眼安全性的发展趋势；C2)非合作目标的发展趋势；C3)长距离高精度的发展趋势；C4)与其他光电仪器集成的趋势。然而，目前[的激光测距技术有两个主要发展方向:(1)将测距系统与应用领域的扫描机制相结合，形成激光三维地形测绘系统或激光雷达；(2)研究如何提高激光测距系统在无合作目标和远距离条件下的测距精度。2激光测距技术目前，激光测距机使用的主要测距方法是脉冲激光测距和相位激光测距。2.1相位法相位法是激光测距的主要方法之一，也是应用最广泛、测距精度最高的测距方法。距离测量的相位法是通过测量“调制光波”和测量距离之间的相位差来间接确定距离。
相位法测距的一般公式如下:公式(1-1)。所谓的相位法激光测距是用连续调制的激光束照射待测目标，并通过测量光束往返过程中产生的必要的相位变化(而不是往返时间t)来转换待测目标的距离。该原理在相位法测距原理中示出。图1-1相位法测距:A表示调制光波的发射点，b表示反射器的布置位置，A’表示测距仪中光波的接收点。当用较短波长的光波(图中实线波)测量时
参考文献[I] Markus-Christian Amann, Marc Lescure, Risto Myllyl, Marc Rioux. Laser ranging: a criticalreview of usual techniques for distance measurement. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, [2]中国矿业学院矿山测量教研室编.激光测距仪!M].煤炭一L_业出版社，1982:1, 64-101, 253-259[3]杨德麟等编著.红外测距仪原理及检测[M].测绘出版社，1995: 10-IS[4]梅遂生.激光技术的40年[J].大学物理，2000, 19(7): 3-6[5] Jani Pehkonen, Pasi Palojarvi, and Juha Kostamovaara. Receiver channel with Resonance-BasedTiming Detection for a Laser Range Finder[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems, 2006,[6] Zeev Zalevsky, Appelman, Gal Shabtay, David Mendlovic and Jacob Vertman. Variable OpticalAttenuation Functionality for Laser Welding, Laser Range Finder and LIDAR Applications[J]. Proc.[7〕于彦梅.激光测距机及其发展趋势[[J].情报指挥控制系统与仿真技术，2002, (8): 19-21 Jan Nissinen, Juha Kostamovaara. Wide Dynamic Range CMOS Receivers for a PulsedTime-of-flight Laser Range Finder[J]. Instrumentation and Measurement Technology Conference J. Pehkonen and J. KOSTAMOVAARA. Walk error minimization by resonance-based laser pulsetiming detection[J]. Electron. Lett, 2003, 39(23): 1624-1625[ 10]张在宣，余向东，陈庆根，郭‘j,.，吴孝彪.小型低价LD激光测距仪[[J]激光与红外，1999,29(1): 21-23[II] T. Peltola, T. Ruotsalainen, P. Palajarvi, and J. Kostamovaara. A wide dynamic range receiverchannel for a pulsed time-of-flight laser radar[J]. IEEE J. Solid-State Circuits, 2001， H S Keeter,G A Gudmundson, M A Woodall. SIRE. An eye safe laser rangefinder for armoredvehicle fire control system[J]. SPIE, 1991，1419: 84-93 Su Meikai. Effect on The Maximum Mange Ability of Impulse Laser Range Finder by Two AxesError[J]. Laser Magazine, China, 2001，22(3): 39-40刘锋.脉冲半导体激光测距机的研制及应用[[J].红外与激光一「程，2003, 32(2): 118-122 T. Peltola, T. Ruotsalainen, P. Palajarvi, and J. Kostamovaara. A receiver channel with a leadingedge timing discriminator for a pulsed time-of-flight laser radar[J]. In Proc. 26th Eur. Solid-StateCircuits P. Palojarvi, T. Ruotsalainen, and J. Kostamovaara. A new approach to avoid walk error in pulsedaser range finging [J]. IEEE Intern. Symp. Circ. Syst, 1999: I-258-I-261 K. Maatta and J. Kostamovaara. A high-precision time-to-digital converter for pulsed time-to-flightlaser radar applications [J]. IEEE Trans. Instrum. Meas.1998, 47(2): 521-536[ 18] K. Maatta, J. Kostamovaara, and R. Myllyla. Time-to-digital converter for fast, accurate laser rangefinding [J]. In Proc. SPIE Int. Conf. Industrial Inspection, vo1.1010, Hamburg, Germany, 1998: Tarmo Ruotsalainen, Pasi Pslojarvi, and Juha Kostamovaara. A Wide Dyna-mic Range ReceiverChannel for a Pulsed Time-of-Flight Laser Radar [J]. IEEE Journal of Solid A Biernat and G Kompa. Powerful Picosecond Laser Pulses Enabling High-Resolution Pulsed Laser55摘要 4-6 ABSTRACT 6-7 第一章 绪论 15-23 1.1 课题研究背景与意义 15-16 1.2 激光测距技术 16-19 1.2.1 相位法 16-18 1.2.2 脉冲法 18-19 1.3 国内外发展现状 19-21 1.4 本文主要研究内容 21-23 第二章 高精度激光脉冲测距理论分析 23-37 2.1 高精度激光脉冲测距原理 23-25 2.2 定时甄别误差分析 25-29 2.2.1 信号幅度变化引起的时间游动 25-26 2.2.2 信号上升时间变化引起的时间游动 26-27 2.2.3 噪声引起的时间晃动 27-28 2.2.4 信号统计涨落引起的时间晃动 28-29 2.3 过零定时甄别 29-30 2.4 双极性信号成形 30-36 2.4.1 无源CR微分成形 31-34 2.4.2 有源CR微分成形 34-36 2.5 本章小结 36-37 第三章 时间间隔测量技术研究 37-44 3.1 时间间隔测量原理分析 37-39 3.1.1 脉冲计数法 37-38 3.1.2 模拟内插法 38-39 3.2 \"粗\"计数和\"细\"时间间隔测量 39-43 3.2.1 \"粗\"计数测量 39-40 3.2.2 \"细\"时间间隔测量 40-43 3.3 本章小结 43-44 第四章 过零定时甄别系统研制 44-52 4.1 过零定时甄别系统结构 44 4.2 双极性信号成形电路 44-45 4.3 高精度双阈过零定时甄别电路 45-50 4.3.1 双阈过零定时甄别电路 45-46 4.3.2 关键元件性能特点 46-49 4.3.3 稳定过零比较器阈值电平的措施 49-50 4.4 实验结果 50-51 4.5 本章小结 51-52 第五章 激光脉冲峰值保持电路研制 52-57 5.1 脉冲峰值保持电路原理 52-53 5.2 窄脉冲峰值保持电路 53-54 5.3 窄脉冲峰值保持电路实验结果 54-56 5.4 本章小结 56-57 第六章 APD偏压电路研制 57-63 6.1 升压式DC/DC电源变换原理 57-58 6.2 高压偏置电路 58-61 6.2.1 电路组成、工作原理 58-59 6.2.2 关键元件参数的确定方法 59-61 6.2.3 外围电路设计 61 6.3 实验结果 61-62 6.4 本章小结 62-63 第七章 高精度LD脉冲测距系统样机研制 63-67 7.1 系统结构 63-64 7.2 实验装置 64-65 7.3 样机测试结果 65-66 7.4 本章小结 66-67 第八章 总结与展望 67-69 8.1 主要工作的总结 67 8.2 未来工作的展望 67-69 参考文献 69-72 致谢 72-73 研究成果及发表的学术论文 73-74 作者和导师简介 74-75 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书 75-76