柯凯黎 李玉蛟 王忠东 燕晨涛 李辉

摘要：本文通过对大功率激光测距机的性能与参数分析，首先探讨三种测程模拟方式在大功率激光测距机上应用的可能性，其次对于激光测距机的性能检测过程中包含的横向分辨率以及纵向分辨率是否能够实现以及如何实现进行了可行性探讨，通过各方案优缺点对比，为室内进行测距机性能检测提供了可靠思路。

关键词：测程;激光测距;电路延时;光纤延时

现今，激光测距仪器种类繁多，其原理大体分为两种，一种是使用连续脉冲测距，通过相位差得到距离信息，一种是使用单脉冲测距，通过时间差得到距离信息，两种测距方法各有优缺点。远距离大功率激光测距机一般使用单脉冲激光进行距离测试。

由于单脉冲信号的脉宽窄、能量高，故峰值功率能达到兆瓦级别，远远超过室内模拟各设备的损伤阈值，所以室内检测大功率激光测距机在国内的应用并不广泛。但现今环境污染愈发严重，激光在大气的气溶胶衰减模式下，穿透能力极差，测程10km的激光测距机其能见度需达到23km才能够对其测程指标进行测试，为了摆脱产品测试过程中靠天吃饭的情况，展开大功率激光测距机室内模拟检测的研究是十分必要的。

激光测距机的性能检测一般包括最大测程、最小测程、三轴一致性、横向分辨率、纵向分辨率。三轴一致性测试的室内检测方法简单可行，已广泛应用。本文主要探讨室内模拟技术方面较为关注的测程模拟以及分辨率模拟。

一、测程模拟

实现大功率激光测距机的测程模拟共有三种模式，一种使用镜面反射达到模拟光程的目的，一种使用电路计算延时再通过设备上的激光器出射激光到产品的接收口径，一种使用光纤模拟测程并通过调节衰减率达到模拟光路衰减的目的。.

（一）镜面反射

由于随着光程不断增加，光斑将逐渐变大，根据一般远程激光测距机1mard的束散角进行估算，模拟10km的光程后光斑直径将达到10米，所以镜面反射模式的可行性不高，只适用于近距离测程模拟。

（2）电路延时

电路延时方案在部分测距机上已实现了测程模拟，其原理是利用可编程器件电路延时进行脉冲计数，当达到目标数值时激发设备上的激光器输出与测距机同样波长的激光脉冲（原理框图如下图1所示）。但电路延时时方案不适用于单脉冲激光测距机，由于激光测距机测试10km来回时间约为66.6微秒，所以电路的延时精度、激光器的预热启动时间应在纳秒或皮秒级才能够忽略，若达到微秒级则需每次启动时间都为一固定数值。电路的延时精度在皮秒级的技术已十分成熟，但单脉冲的激光器启动时间最小为微秒级，如某产品激光器，收到电开启信号后，预热启动时间为50—80μs不等，常用的大功率单脉冲测距机使用波长1064nm的激光器较多，目前市面上暂无启动时间纳秒级别的1064nm单脉冲激光器。所以笔者认为电路延时方案精度高，但适用于连续脉冲激光器，不适用于单脉冲激光器的测程模拟。

（3）光纤延时

使用光纤进行延时，将光纤作为激光传输的媒介，以达到模拟光程的目的。将激光测距机发射出的激光经过衰减片，再经过光纤耦合器聚焦进入光纤，在光纤中传播一段距离，再使用准直器和扩束镜将激光返回激光接收端。同样通过衰减机构模拟光程传输以及目标反射衰减（具体原理框图见下图2所示）。其难点在于，远测程单脉冲激光测距机的峰值功率极大，易造成耦合器和光纤端面的损伤，需经过严格计算，选取合适的衰减片以保护后续机构。此方案适用于连续脉冲激光测距机以及单脉冲激光测距机。但一旦光纤长度确定以后，模拟的光程将无法改变，不如电路延时灵活。

二、分辨率模拟

（一）纵向分辨率

纵向分辨率的室外测试方法，一般采用两间隔50m的靶板，前靶板为方框型，后靶板为方形，且与前靶板镂空部分重合，使激光光斑中心对准两靶板重合边界，使一半光斑打在前靶板上，另一半光斑打在后靶板上，通过控制激光测距机的首/末操控杆，来显示不同的距离。

使用电路或光纤方案均可实现纵向分辨率的测试，使用电路延时方案时，只需根据距离需要，控制两不同时间间隔的激光出射即可完成双回波模拟。

使用光纤进行模拟时，需以50：50的分光比将光纤内的光束分路，进入长度不同的两根光纤后，在终端进行合束，从而使单回波变为间隔可控的双回波。

（二）横向分辨率

横向分辨率的室外测试方法与纵向分辨率大同小异，是使用横向间隔的两靶板进行测试，但其目的在于测试激光测距机出射激光在2000m左右时的束散角。

若使用电路延时，则激光测距机接收到的能量为设备上的激光器出射的，对于检测原激光测距机的束散角性能毫无意义，无法进行测试。

若使用光纖延时方案，在光束进入光纤在光纤内部传输再准直输出的过程中，束散角都存在变化，最终检测的束散角同样不是原激光测距机的束散角。

通过对比GJB2241的新旧版本，笔者发现，在推荐的室内模拟测试指标中，不包括横向分辨率指标，现是否有方法可以实现室内对于激光测距机横向分辨率的检测尚未可知。

三、结论

本文探讨了大功率激光测距机在室内进行测程模拟、分辨率模拟的可行性，通过多种测程模拟方案原理分析以及优缺点对比，分析其适合的测距机种类。对于纵向分辨率提出了室内模拟的实现方法，对于横向分辨率各模拟方案均不适用。

简介：柯凯黎（1990年），女，汉，湖北武穴，工程师，本科，西安北方光电科技防务有限公司，主要研究光电火控技术。