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脉冲式激光测距望远镜设计

翟云  
【摘要】:民用激光测距望远镜有着广阔的发展和应用前景,因此成为国内外许多公司的研发重点。目前市场上已有的国产激光测距望远镜普遍存在测量精度较低的问题。因而,设计一款小型轻便、高精度、操作方便的激光测距望远镜具有重要的工程应用价值。本文围绕高精度脉冲式激光测距望远镜的光学系统和测距电路系统的设计开展研究,主要研究内容如下:首先,全面分析了激光测距望远镜国内外发展现状和存在问题,比较了相位法激光测距和脉冲法激光测距的优缺点。在此基础上提出了激光测距望远镜系统总体设计方案。其次,依据光学设计原则设计了激光测距望远镜的光学系统。主要包括望远镜系统、激光发射光学系统和激光接收光学系统。考虑到激光测距望远镜小型化的要求,设计中加入复合棱镜,缩短光学总长的同时将光线转折,实现激光接收光学系统和望远镜系统共用物镜。通过对设计的光学系统做像质评价,表明测距望远镜的光学系统成像质量和像差均满足设计要求。再次,完成了激光测距硬件电路和相关软件设计。测距硬件电路主要包括激光发射模块,激光接收模块,时刻鉴别模块及时间间隔测量模块。其中激光器选用脉冲激光二极管产生激光脉冲,光电探测器选用APD雪崩光电二极管接收回波信号,选用高精度时间测量芯片TDC-GP22测量时间间隔,选用STM32作为主控芯片,实现对TDC芯片的控制。在Keil软件里用c语言编写程序,实现单片机对时间测量芯片的配置以及对测量数据的处理,并将测量数据在上位机上显示。最后,搭建了实验平台,验证系统的稳定性和精度。实验结果表明本文设计的激光测距系统测程在500m时精度优于±0.5m,基本实现了手持激光测距望远镜高精度、小型轻便的设计要求。


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