基于连续波脉冲的高精度激光测高仪

　　0 引 言

　　随着无人驾驶飞行器技术的发展及功能、用途的不断扩大，其在军民等各个实用方向的作用也越来越得到人们的认识和重视。

　　无人驾驶飞行器着陆时对自身的精确控制要求很高，而对其状态参数的精确测量是实现精确的控制的前提和基础。高度信息是最重要的飞行参数之一，传统的飞行高度测量通常都是用无线电高度表，在普通飞机上已经广泛应用，但在飞行高度较低时无线电高度表由于其原理上的问题，测量精度会大幅度下降。普通飞机可以靠飞行员目视观察、判断，操纵飞机安全降落;而对无人驾驶飞行器来说，其着陆控制要由控制中心综合分析各种探测信息后作出。落地前飞行器的高度、速度、姿态等参数的精确测量对安全准确着陆都是必不可少的，特别是对高度的精确测量对飞行器的精确着陆控制至关重要。

　　研制了适用于无人驾驶飞行器进近着陆阶段的高精度，高数据率小体积激光测高仪，可以弥补无线电测高的盲区，给飞行控制提供更加精确可靠的高度数据，为无人驾驶飞行器的安全着陆提供有力的保障。

　　1 测量方式及原理

　　激光测距技术是一项比较成熟的技术，在各个方面已经得到广泛应用，对于测量精度要求较高的应用，通常选用相位测距方法[1-2]，距离测量精度可以达到毫米量级;但是相位式激光测距最大的问题是测程较近以及测量数据率不高，在本项目中，由于测距精度要求达到厘米量级，而且测程要求在 100 m 以下，因此相位测距应该是首选方案。但相位测距的数据率只能达到 10 Hz 左右，对于以较高速度运动的无人驾驶飞行器飞机来说，这显然达不到使用要求。脉冲测距[3]虽然可以达到十几千赫兹甚至几十千赫兹的数据率，但测距精度又达不到要求。由于系统要求测距机要达到很高的测量精度，同时又要求较高的数据测量频率，所以，采用连续波脉冲测距的方法，既克服了相位测距测量数据率低的问题，又弥补了脉冲测距精度不高的缺陷。其原理图如图 1 所示[4-5]。

　　鉴于激光测距技术原理已经较为成熟，将不再加以赘述，下面着重讨论一下提高测量精度方法。对于脉冲飞行时间测距来说，提高距离的测量精度关键是如何精确稳定地确定脉冲起止时刻和精确测量时间间隔，它们各自对应的是时刻鉴别单元和时间间隔测量单元[6]。

　　1.1 时刻鉴别

　　时刻鉴别的方法主要有 3 种：前沿鉴别、恒定比值鉴别和高通容阻鉴别。前沿鉴别法如图 2 所示。

　　以脉冲前沿当中强度等于所设阈值 vth的点到达的时刻作为起止时刻。由脉冲幅度与形状变化引起的漂移误差为 Δt，最大值可能接近脉冲上升时间 t，因此，前沿鉴别法的测量误差是很大的。