測距技術
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-05
測距技術的實例教程
此外，歐洲空間局（ESA）正推動空間碎片激光測距（SDLR）技術的產(chǎn)業(yè)化應用，通過搭建商業(yè)激光測距數(shù)據(jù)交換平臺，為空間態(tài)勢感知提供高精度數(shù)據(jù)支持。
我國衛(wèi)星激光測距技術起步于20世紀70年代，經(jīng)過數(shù)十年的自主研發(fā)，已實現(xiàn)從“跟跑”到“領跑”的跨越。在衛(wèi)星激光測距領域，我國上海、長春、北京、昆明等地的測站已躋身國際先進行列——2013年，上海SLR站通過技術升級，實現(xiàn)10kHz重復頻率的全天時測距，可覆蓋從低軌到同步軌道的各類衛(wèi)星；2025年，中科院上海天文臺等單位研發(fā)的5kHz重復頻率SLR系統(tǒng)，實現(xiàn)了毫米級高精度測量，數(shù)據(jù)質(zhì)量達到國際領先水平。
在激光測月領域，我國實現(xiàn)了多項關鍵突破：2018年1月，中科院云南天文臺首次成功接收月球激光回波信號，使我國成為世界上第五個實現(xiàn)地月激光精確測量的國家；2019年，中山大學“天琴計劃”激光測距臺站成功測到月面全部5個反射鏡的回波信號，測得國內(nèi)最準的地月距離，精度達到國際先進水平；2025年4月，我國“天都一號”衛(wèi)星完成全球首次白天強光干擾下的地月激光測距，突破了傳統(tǒng)激光測月只能在夜間開展的限制。此外，我國還實現(xiàn)了地月空間尺度的衛(wèi)星激光測距——2025年4月，通過DRO-A衛(wèi)星單角錐反射器與地面系統(tǒng)的配合，成功完成35萬公里距離的激光測距試驗，成為繼美國之后第二個掌握該技術的國家。
三、核心應用：從基礎科研到重大工程的全場景賦能
激光測距技術以其超高精度，在空間大地測量、深空探測、空間安全、基礎物理研究等領域發(fā)揮著不可替代的作用，是支撐我國航天強國建設的關鍵技術之一。
1.
展開 深空探測與航天工程：為航天器“精準導航”</strong></h1><p class="ql-align-justify">在載人航天與月球探測任務中，激光測距技術是<strong>航天器精密定軌與著陸導航的核心保障</strong>。例如，我國嫦娥系列探測器的月球著陸任務中，激光測距技術提供的厘米級軌道數(shù)據(jù)，確保了探測器精準著陸于預定區(qū)域；未來我國國際月球科研站的建設，也將依賴激光測距技術實現(xiàn)月球基地與地球之間的精準定位與通信。此外，激光測距技術還支撐著我國<strong>“天琴計劃”</strong>等重大科研項目——地月激光測距技術可為天琴衛(wèi)星提供厘米級精度的精確定位，保障<strong>空間引力波探測任務</strong>的順利實施。</p><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify">
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展開 摘 要
針對超遠距離多功能交會對接激光雷達需求，開展基于非相干測距技術的遠距離激光測距通信一體化模塊研制，在不改變原有雷達主機架構和信號體制下，實現(xiàn)對遠距離高動態(tài)合作目標的通信測距功能。推導出測距原理，對動態(tài)、時鐘性能等因素產(chǎn)生的測距誤差進行理論分析，給出速度、時鐘性能對測距誤差的影響公式。得出在高動態(tài)環(huán)境下，相對速度與測距周期、雙方鐘差共同作用產(chǎn)生測距系統(tǒng)誤差，且速度越大系統(tǒng)誤差越大的結(jié)論。設計測距通信一體化演示驗證平臺，完成測距通信算法的軟硬件評估，實測結(jié)果與理論推導相符，為后續(xù)新體制激光雷達原理樣機研制奠定技術基礎。
引 言
掌握航天器交會對接技術是一個國家建立長期無人在軌運行、短期有人照料的載人空間試驗平臺的首要任務。空間交會對接中，測量手段通常有微波雷達、GPS導航定位技術、光學成像敏感器和激光雷達。其中，激光雷達具有波束窄、分辨率高、體積小、質(zhì)量輕、精度高等優(yōu)點，空間交會對接激光雷達由主機、信息處理機及合作目標組成。合作目標由多個角錐棱鏡所組成的反射器陣列。由于體積功耗的限制，基于反射器合作目標體制的交會對接雷達作用距離受限，在需要超遠距離進行激光交會對接場合必須尋求新激光雷達體制。
激光通信測距一體化技術已發(fā)展的較為成熟，在激光通信的同時實現(xiàn)雙終端間距離和時鐘之間的時差測量。2009年，俄羅斯在GLONASS-K導航衛(wèi)星上搭載了測距通信激光通信終端，實現(xiàn)了5.5萬千米雙星間的測距通信，測距精度達到了3cm。2013年9月，美國宇航局完成月地之間激光鏈路建立，實現(xiàn)下行622 Mbit/s、上行20Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，測距精度為3cm。當前，常用的測距方案有基于雙向單程測量技術和基于多普勒技術兩種。在我國北斗三號衛(wèi)星激光通信終端及其他編隊飛行器設計中采用了雙向單程的星間測距方案。
展開 激光測距技術在物聯(lián)網(wǎng)智能交通中的一些可能應用方向，主要包括：激光測速傳感器、汽車防撞系統(tǒng)、車流量監(jiān)控、車型描畫、車輛行人違法監(jiān)測以及其他一些精密監(jiān)控測量中的應用等。
汽車防撞探測器
一般來說，大多數(shù)現(xiàn)有汽車碰撞預防系統(tǒng)的激光測距傳感器使用激光光束以不接觸方式用于識別汽車在前或者在后形勢的目標汽車之間的距離，當汽車間距小于預定安全距離時，汽車防碰撞系統(tǒng)對汽車進行緊急剎車，或者對司機發(fā)出報警，或者綜合目標汽車速度、車距、汽車制動距離、響應時間等對汽車行駛進行即時的判斷和響應，可以大量的減少行車事故。在高速公路上使用，其優(yōu)點更加明顯。
車流量監(jiān)控及車輪廓描畫
這種使用方式一般固定到高速或者重要路口的龍門架上，激光發(fā)射和接收垂直地面向下，對準一條車道的中間位置，當有車輛通行時，激光測距傳感器能實時輸出所測得的距離值的相對改變值，進而描繪出所測車的輪廓。
這種測量方式一般使用測距范圍小于30米即可，且要求激光測距速率比較高，一般要求能達到100赫茲就可以了。
這對于在重要路段監(jiān)控可以達到很好的效果，能夠區(qū)分各種車型，對車身高度掃描的采樣率可以達到10厘米一個點。對車流限高，限長，車輛分型等都能實時分辨，并能快速輸出結(jié)果。
在沒有車輛到來時，激光測距傳感器測出的是一個距離常量，也就是激光測距傳感器到地的距離，當有車輛從激光測距傳感器下面經(jīng)過時，距離值改變，當距離值再次回到常量就認為有一輛車通過，根據(jù)這種方式我們可以對通過一些路段的車流量進行監(jiān)控。
現(xiàn)在常用的方法是對一段時間內(nèi)的車流進行統(tǒng)計平均的方法，帶有很大的估計成分，而視頻統(tǒng)計的方法還有很多現(xiàn)實應用的困難，因此，激光測距統(tǒng)計方法為車流量統(tǒng)計提供了一種可行的方案。
展開 在移動終端、汽車、物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)等廣泛的市場中，開發(fā)人員一直在積極尋求一種精密的測距技術，來實現(xiàn)精準的室內(nèi)與室外定位。幸運的是，UWB定位在近期經(jīng)過“改造”，成為精確、安全的實時定位技術，優(yōu)于Wi-Fi、藍牙和GPS等無線技術。
超寬帶技術能夠?qū)崟r處理環(huán)境信息，如位置、移動及其與UWB設備間的距離，這些信息已精確到幾厘米，這為系統(tǒng)增添了空間感知能力，從而將推動一系列激動人心的新應用的開發(fā)。為了解UWB的潛力，請務必考慮UWB在測量飛行時間、到達角、尤其是其安全屬性方面的獨有特點。
1960年代，人們首次開發(fā)出UWB，將其用于雷達應用。后來，該技術經(jīng)過調(diào)整，用作正交頻分復用（OFDM）技術，使其成為獨特的安全精密測距和感應技術。
與大多數(shù)無線技術不同，超寬帶（UWB）通過脈沖無線電工作。它在寬頻帶上使用一系列脈沖，因此有時也被稱為IR-UWB或脈沖無線電UWB。相比之下：衛(wèi)星、Wi-Fi和藍牙在窄頻帶上使用調(diào)制正弦波來傳輸信息。
UWB在無線電頻譜的其他部分工作，遠離聚集在2.4 GHz周圍的繁忙ISM頻段。用于定位和測距的UWB脈沖在6.5和8 GHz之間的頻率范圍內(nèi)工作，不會干擾頻譜其他頻段發(fā)生的無線傳輸。這意味著UWB能夠與現(xiàn)在最流行的無線形式共存，包括衛(wèi)星導航、Wi-Fi和藍牙。
在典型功率級工作時，距離最長可達10米左右。但如果使用較高功率脈沖，UWB的距離甚至可達200米。UWB通信還可以傳輸數(shù)據(jù)，其中UWB數(shù)據(jù)包的有效載荷部分以大約7 Mbps的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，并且可以繼續(xù)加速，最高可達32 Mbps。
現(xiàn)在，UWB使用調(diào)制脈沖序列，持續(xù)時間為2ns，非常短。脈沖間距可以相同，也可以不同。脈沖重復頻率（PRF）從每秒數(shù)十萬脈沖到每秒數(shù)十億脈沖不等。通常支持的PRF是62.4 MHz和/或124.8 MHz，分別稱為PRF64和PRF128。
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深空探測與航天工程：為航天器“精準導航”
在載人航天與月球探測任務中，激光測距技術是航天器精密定軌與著陸導航的核心保障。例如，我國嫦娥系列探測器的月球著陸任務中，激光測距技術提供的厘米級軌道數(shù)據(jù)，確保了探測器精準著陸于預定區(qū)域；未來我國國際月球科研站的建設，也將依賴激光測距技術實現(xiàn)月球基地與地球之間的精準定位與通信。
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重點研究將激光通信測距一體化技術應用于激光交會對接雷達中，在不改變原有雷達主機架構和信號體制下，實現(xiàn)對遠距離高動態(tài)合作目標的通信測距功能。將分析測距原理，給出速度、時鐘性能等因素對測距誤差的影響。搭建測試環(huán)境，給出仿真分析。
激光測距技術在物聯(lián)網(wǎng)智能交通中的一些可能應用方向，主要包括：激光測速傳感器、汽車防撞系統(tǒng)、車流量監(jiān)控、車型描畫、車輛行人違法監(jiān)測以及其他一些精密監(jiān)控測量中的應用等。
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例如，我國嫦娥系列探測器的月球著陸任務中，激光測距技術提供的厘米級軌道數(shù)據(jù)，確保了探測器精準著陸于預定區(qū)域；未來我國國際月球科研站的建設，也將依賴激光測距技術實現(xiàn)月球基地與地球之間的精準定位與通信。
近年來，面陣激光雷達(光探測和測距)技術開始在消費類光學產(chǎn)品中發(fā)揮作用。特別是，面陣激光雷達解決方案-采用固態(tài)設計-非常適合現(xiàn)代智能設備的設計，如蘋果公司的iPhone 12及其iPad Pro產(chǎn)品。這種光學裝置通常由透鏡和衍射光學元件組成。
這得益于其采用的激光干涉測距技術和精密的角度編碼器等先進技術，對于要求高精度的工業(yè)制造、航空航天等領域具有重要意義。
2、高效率：測量速度非常快，可以在短時間內(nèi)對大量數(shù)據(jù)進行處理和分析，能夠顯著提高生產(chǎn)效率和檢測速度。例如在汽車制造過程中，對車身零部件的快速檢測，可及時發(fā)現(xiàn)問題并進行調(diào)整，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
由于激光具有方向性強、單色性好、發(fā)散角度小等優(yōu)點，因而對比其他測距技術和設備，激光測距具有測速效率高、測距遠、精度強等特點。能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級的距離測量，實時測量，快速獲取目標距離信息，適用于對距離要求較高、需要快速反應和處理的場景。
它集合了激光干涉測距技術、光電探測技術、精密機械技術、計算機及控制技術、現(xiàn)代數(shù)值計算理論等各種先進技術，實現(xiàn)對空間運動目標進行跟蹤并實時測量目標的空間三維坐標。
大型裝備的穩(wěn)定運行和精準控制是生產(chǎn)效率和質(zhì)量的關鍵因素。
其激光成像、檢測和測距技術能夠測量羽流的大小和形狀，以及氣體排放率、持續(xù)時間、位置、持久性和時間。
石油圈原創(chuàng)，石油圈公眾號：oilsns
▲甲烷激光雷達相機可檢測、定位、可視化和量化甲烷排放。相機將甲烷圖像疊加在傳統(tǒng)相機圖像上，顯示排放源的確切位置。
近年來，面陣激光雷達(光探測和測距)技術開始在消費類光學產(chǎn)品中發(fā)揮作用。特別是，面陣激光雷達解決方案-采用固態(tài)設計-非常適合現(xiàn)代智能設備的設計，如蘋果公司的iPhone 12及其iPad Pro產(chǎn)品。這種光學裝置通常由透鏡和衍射光學元件組成。
