近距離鐳射測距怎麼實現的？

曇花再現2022-01-15 07:34:59

估計題主的理解是，鐳射測距都是發脈衝，然後測量反射光與發出的脈衝的時間差。其實鐳射測距還有一種方法，就是相位法，相位法不能測太遠的目標，但精度卻要高得多。

相位法就是把一個或多個低頻（相對於光的頻率而言）調製在鐳射上，類似於電臺把音訊訊號調製在射頻訊號上。具體做法是：用低頻訊號控制鐳射輸出功率，那麼接收到的鐳射反射訊號功率也會隨低頻訊號變化，將接收訊號的相位與輸出訊號的相位進行比較，就可以計算出反射面的距離：

D：距離，C：光速，Φ：相移，f：測尺頻率（即低頻訊號頻率）

從上述公式可以推出：在對相位差的檢測精度不變的情況下，頻率越高，，能夠得到的最小的D就越小，測量的精度就越高。

仔細分析一下：

設物體A距離為 D1 = X

當物體B距離為 D2 = X + nC/2f （n=1，2，3。。。）時，系統將無法分辨兩者距離的區別，因為B的距離剛好比A多出了半個波長的整數倍，那麼一來一回就剛好多了一個波長的整數倍。因此，相位法測距是有量程限制的，量程小於調製訊號的波長的一半。

為了兼顧量程和精度，通常的相位法測距儀會同時用幾個頻率的訊號去調製，即同時使用多把測尺。下表列出了不同測尺頻率下的量程和典型測量精度（測量精度還與鑑相器的製作精度有關）：

需要說明的是，由於相位法測距中使用的鐳射是連續輸出的，其峰值功率較小，因此其最大測量距離比脈衝法小得多，通常非合作目標（你不能在目標處放置角反射器）最大量程僅幾公里，想要用來測月球距離是不可能的。

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在距離非常近（例如一兩米以內）的情況下，還有一種精度更高的測距方法：三角法。

讓感光光路與鐳射光束分開一定距離，這樣被測點與感光單元的連線即反射光路就會與鐳射發射光束形成一個夾角。測得這個夾角，於是根據三角形知識，我們就可以計算出被測點到感光單元的距離（感光單元與發射光束的距離為已知引數）。

鐳射三角法測距的精度可達微米級，常見的三座標測量機（俗稱抄數機）即是用此原理測量的。