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人眼安全多脈沖激光測(cè)距技術(shù)

時(shí)間:2024-09-07 09:15 來源:網(wǎng)絡(luò)

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      多脈沖激光測(cè)距模塊體積小、重量輕、工作距離長(zhǎng),在便攜式光電設(shè)備中的應(yīng)用前景廣闊。本文介紹了其工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展,并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

一、多脈沖激光測(cè)距模塊的工作原理

激光測(cè)距模塊通常由激光發(fā)射器、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)、接收光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、接收電路和集成控制電路組成。單脈沖激光測(cè)距模塊發(fā)射一個(gè)激光脈沖并輸出一個(gè)距離測(cè)量值。相反,多脈沖激光測(cè)距模塊發(fā)射多個(gè)激光脈沖,采樣多次,將采樣結(jié)果處理為數(shù)字信號(hào),提取回波信號(hào),然后輸出一個(gè)距離測(cè)量值。

二、多脈沖激光測(cè)距模塊的優(yōu)點(diǎn)

多脈沖激光測(cè)距模塊具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì):

在相同體積和重量條件下,工作距離更長(zhǎng):與單脈沖激光測(cè)距模塊相比,多脈沖激光測(cè)距模組的檢測(cè)靈敏度提高了2到3個(gè)數(shù)量級(jí),允許在相同的體積和重量情況下工作距離更長(zhǎng)。

穩(wěn)定的回波和最小的距離數(shù)據(jù)抖動(dòng):由于使用了多脈沖信號(hào)處理技術(shù),回波信號(hào)更加穩(wěn)定,從而減少了數(shù)據(jù)抖動(dòng);在能見度低的情況下,這一優(yōu)勢(shì)更為更為明顯。

更好的隱蔽性:與單脈沖激光測(cè)距模塊相比,多脈沖激光測(cè)距模組由于其更高的探測(cè)靈敏度,通常輸出低1到2個(gè)數(shù)量級(jí)的單脈沖能量,使其不太可能被敵方預(yù)警系統(tǒng)探測(cè)到,并提供更好的隱蔽效果。

三、 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

從事多脈沖激光測(cè)距技術(shù)研究的國(guó)際實(shí)體包括Vectronix(瑞士)、Jenoptik(德國(guó))和Noptel(芬蘭)。

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                                                          圖1:Vectronix系列測(cè)距模塊

圖1顯示了瑞士Vectronix公司的幾種典型的1550nm半導(dǎo)體多脈沖激光測(cè)距模塊產(chǎn)品。5020和5042系列產(chǎn)品的工作距離分別為2.5km和4.5km,重量分別為120g和325g。在5000系列產(chǎn)品中,使用“光束整形器”元件來增加操作距離并減小激光發(fā)散角[1],如圖2所示。

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                                                                       圖2:Beamshaper工作原理

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                                                                      圖3:Noptel公司系列測(cè)距模塊

   圖3顯示了芬蘭Noptel公司的半導(dǎo)體多脈沖激光測(cè)距模塊系列。其典型產(chǎn)品包括LRF-200、LRF-240和LRF-500。坦克的有效射程分別為1.8km、2.5km和4.5km,重量分別為66g、200g和470g。

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                                                                 圖4:Jenoptik系列測(cè)距模塊

    圖4顯示了業(yè)納的半導(dǎo)體多脈沖激光測(cè)距模塊系列。他們的典型產(chǎn)品包括DLEM-20、DLEM-30和DLEM-45,工作距離分別為3公里、4.5公里和6公里,重量分別為33克、95克和160克。業(yè)納自主研發(fā)半導(dǎo)體激光器,并利用自身優(yōu)勢(shì)完成了第二代產(chǎn)品升級(jí),從而提高了性能。

    鉺迪科技近10年來一直致力于眼睛安全多脈沖激光測(cè)距模塊的研發(fā)。通過這一積累,他們形成了半導(dǎo)體、鉺玻璃和光纖三大系列等多型號(hào)的眼睛安全多脈沖激光測(cè)距模塊產(chǎn)品系列。這些產(chǎn)品已安裝在艦載、機(jī)載、車載和單兵光電系統(tǒng)等各種平臺(tái)上,累計(jì)產(chǎn)量近100000多臺(tái),得到了客戶的積極反饋。

1.1535nm鉺玻璃多脈沖激光測(cè)距模塊

型號(hào)

LRF0105C

LRF0308C

LRF0405C

LRF0612C

LRF0816C

LRF0815C

LRF1017C

LRF1221C

LRF1525C

LRF1830C

LRF2535C

激光波長(zhǎng)

1535±5nm

測(cè)距能力 (2.3mX2.3m 北約目標(biāo))

≥3000m

≥3000m

≥4000m

≥6000m

≥8000m

≥8000m

≥10000m

≥12000m

≥15000m

≥18000m

≥25000m

擴(kuò)散角

Class Ⅰ

人眼安全等級(jí)

≤1mrad

≤0.6 mrad

≤4.21 mrad

≤0.35 mrad

≤0.3mrad

發(fā)射鏡直徑

Φ8 mm

Φ8 mm

Φ12mm

Φ12mm

Φ15mm

Φ15mm

Φ18mm

接收鏡直徑

Φ20 mm

Φ16 mm

Φ25mm

Φ40mm

Φ45mm

Φ50mm

Φ60mm

最小R范圍

≤15 m

≤30 m

50 m

測(cè)距頻率

Single, 1Hz~10Hz

測(cè)距精度

±2 m

±1 m

±1 m

分辨率

≤20 m

≤30 m

≤30 m

測(cè)距準(zhǔn)確率

≥98%

≥98%

≥98%

誤差率

≤1%

≤1%

≤1%

供電電壓

DC 3~5 V

DC4.5~16V

DC12 V

重量

≤29±1 g

≤32±1 g

≤ 58±1g

≤175g

≤285g

≤380g

≤380g

400g

尺寸 (mm)

Φ34×47.5

48×30.5×21

65×48×32

65×46×86

107×72×60

125×85×58

125×100×70

工作溫度

-40~+70 ℃

儲(chǔ)存溫度

-55~+75 ℃

 

2. 905nm 半導(dǎo)體多脈沖激光測(cè)距模塊

型號(hào)

LRF1200A1

LRF1200A

LRF2000A

LRF4000A

激光波長(zhǎng)

905nm

人眼安全等級(jí)

Class 3R(IEC 60825-1)

發(fā)散角

≤10mrad

≤20mrad

≤5mrad

測(cè)量范圍(3m x 3m 目標(biāo))

≥10~1200m

≥5~1200m

≥5~2000m

≥5~4000m

測(cè)量精度

:±1m

顯示的準(zhǔn)確性

0.1m

頻率

1~3Hz

3Hz(5~45m);0.75~3Hz(45~1200m)

3Hz(5~45m);0.75~3Hz(45~2000m)

1Hz

精準(zhǔn)測(cè)量概率

≥98%

反應(yīng)時(shí)間

≤500ms




數(shù)據(jù)接口

UART(TTL_3.3V)




電源電壓

3.3+/-0.1V




待機(jī)功耗

≤800mW




運(yùn)行功耗

≤1.5W




重量

≤18g

≤10g

≤10g

≤27g

尺寸

Ф23mm×40mm

25×26×13mm

25×26×13mm

60.56×33.1×46.86mm

工作溫度

-20~+55℃




儲(chǔ)存溫度

-55~+65℃




耐沖擊力

1200g,1ms




抗震

800g/ms (光軸方向10次/秒)

除上述標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品外,鉺迪科技還承接定制激光測(cè)距模塊服務(wù)。

IV、 多脈沖激光測(cè)距技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

多脈沖激光測(cè)距模塊因其體積小、重量輕、工作距離長(zhǎng)而廣泛應(yīng)用于便攜式光電設(shè)備中,成為激光測(cè)距技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。近年來,多脈沖激光測(cè)距技術(shù)呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì):

工作波長(zhǎng)已從905nm逐漸升級(jí)到1550nm。

早期的軍用激光測(cè)距模塊和目前大規(guī)模生產(chǎn)的民用高爾夫球場(chǎng)激光測(cè)距儀都使用905nm激光器作為光源。由于其高產(chǎn)量,它們相對(duì)便宜。與905nm激光器相比,1550nm激光器具有以下優(yōu)點(diǎn):①人眼對(duì)1550nm激光的最大允許曝光(MPE)更高,使1550nm激光比相同能量和功率的905nm激光對(duì)人眼更安全;②1550nm激光的大氣衰減系數(shù)較低,導(dǎo)致與905nm激光相比,具有相同峰值功率的1550nm激光具有更長(zhǎng)的工作距離;③1550nm激光在當(dāng)前夜視系統(tǒng)的響應(yīng)帶之外,提供了更好的隱蔽性。因此,1550nm激光測(cè)距模塊是未來的發(fā)展趨勢(shì)。

多脈沖激光測(cè)距模塊的尺寸和重量正在不斷減小。

多脈沖激光測(cè)距模塊集成在便攜式光電設(shè)備中,如瞄準(zhǔn)器和槍瞄準(zhǔn)器。減小尺寸、重量和功耗(SWaP)是一個(gè)持續(xù)的主題。Vectronix、業(yè)納和Noptel等外國(guó)制造商相繼推出了微型激光測(cè)距模塊產(chǎn)品,重量減輕到約25克。

新的多脈沖激光測(cè)距模塊系統(tǒng)繼續(xù)提高工作距離。Vectronix的光纖激光測(cè)距模塊和Flir的鉺玻璃激光測(cè)距模塊的工作距離可達(dá)15km至20km,重量約為100g,代表了小型激光測(cè)距模塊技術(shù)的先進(jìn)水平。我們的鉺迪科技已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全球最輕(10g)和最小的短距離激光測(cè)距模塊。


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