脉冲激光器的鉴相体制测距误差分析

　　激光测距精度高、抗干拢性好、作用距离相对较远,特别是精度和抗干拢性能方面的优势,使其在一些有较高要求的场合成为最佳的测距方式。脉冲鉴相体制是一种由距离门选通体制发展而来的测距体制,不仅具有距离门选通体制抗干拢性好的优点,同时测距精度也大大提高,而且因为其具有利用脉冲前沿相位信息测距的特点,与目标反射特性并无直接的关系。虽然采用脉冲鉴相体制本质上有良好的测距精度,但仍有很多影响精度的因素,必须分析和降低这些因素的影响,才能提高其测距精度。

　　1　脉冲激光器的鉴相体制测距误差分析[3,5]

　　在脉冲式激光测距系统中影响测距精度的因素主要有:目标回波幅度变化,系统固有延时,鉴相器建立和保持时间,激光器与目标相对运动。其中,系统固有延时、鉴相器建立和保持时间引起的误差是由系统和芯片自身决定的,它们引起的误差值在选择芯片时就已决定。

　　目标回波幅度变化和激光发射器与目标相对运动引起的误差则是由系统的处理电路部分决定的,下面对这两种误差进行分析。

　　1.1　目标回波幅度变化对测距精度的影响

　　由激光测距作用距离方程式:

　　式中:Pr为接收功率;Pt为激光器发射功率;ηt为发射光学系统效率;ηr为接收光学系统效率;K(R)为发射视场与接收视场部分重合造成的衰减;ρ为目标反射率;σ为大气哀减系数;R为弹目距离;Ar为光学接收孔径面积。

　　由式(1)可知,测距距离与目标反射率ρ成正比,与弹目距离R(系统与目标的距离)的平方成反比。近程测距的目标种类非常多,各种目标光学反射特性差别很大,特别是地面目标,情况更为复杂,作用目标包括土地、草地、混凝土、雪地、灌木等,且随着激光发射器接近目标时,发射机发射光束与目标法向所成的角度不同,反射率也有差别,一些典型的目标反射率及其随角度变化时的最大反射率与最小反射率之比能够达到十几倍,甚至几十倍。另外,当激光发射器在逐渐接近目标的过程中,弹目距离的变化,对目标回波幅度也将造成很大的影响,这种距离变化对测距精度的影响在要求作为距离分档可调的激光测距中尤其严重,例如,当要求作用距离1~10m可调时,对相同目标回波幅度的变化达到10²/1²=100倍。

　　当激光引信接收机使用简单的固定阈值测距电路时,激光脉冲的有限上升时间以及目标对脉冲的展宽将引起测距误差。有限上升时间使得当回波脉冲幅度较高时,在脉冲上升沿的较低点达到触发阈值电压,造成测距距离偏小;而当回波脉冲幅度较低时,在脉冲的上升沿的较高点才能达到触发阈值电压,造成测距距离偏大,如图1所示。