激光测距需要哪些算法来实现？

时间：2022-12-28

本人从事激光研发及应用相关工作，对于具体使用激光来测距的原理略知一二，但题主询问的是具体算法，不知道是否跟自动化编程有关。暂且不管，等相关人士来作答。这里，本人就具体原理做一个简单回答。

激光测距的方法根据所测距离远近有多重方法。

1. 较简单的，直接发射激光脉冲，同一位置的探测器探测到反射回来的脉冲，根据时间差乘以光速除以二，即得到距离。当然远距离测量时一般无法做到像使用反射镜精确反射原光脉冲，探测器可以接收到较弱的漫反射而来的光信号，同时考虑到存在光速在空气中传播的速度变化，但是一般的，这种误差可以忽略不计了。这种方法精度可以做到米级甚至厘米级。

2. 三角法。光束以一定的角度射向被测点，反射的光束以一定的角度反射回光源旁的接收器，反射光入射接收器的角度可以测出，反射光入射接收器的位置也可测得，根据正弦定理计算，很容易就可以算出光源与被测点的距离。如图

l可知，α、β可知，即可算得d=l*sinβ/sin(π-α-β)

3. 相位法。使用无线电频率对激光进行幅度调制，并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。

若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为：

t=φ/ω 　将此关系代入上式距离D可表示为：

D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+) 式中：

φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。

ω——调制信号的角频率，ω=2πf。

U——单位长度，数值等于1/4调制波长

N——测线所包含调制半波长个数。

Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。

ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。

ΔN=φ/ω

在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。

为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用较多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。

（来源ofweek相位法激光测距：相位式激光测距仪原理分析 - OFweek激光网）

4. 答友soliton提到的飞秒双光梳飞行时间法精度较高，属于比较*的学术层面的方法，工业领域还没有进行广泛应用，可以参考一些论文了解一下。以下直接引用张弘元、尉昊赟等的论文《双光梳飞行时间**距离测量》：

“我们提出一种基于非线性异步光学采样(nonlinear asynchronous optical sampling, nonlinear ASOPS)的非相干双光梳**距离测量方法。两台光频梳重复频率上的差异保证探测光脉冲和采样光脉冲在时域上能够重合，实现时域光学扫描。同时，type II SHG 被用来标明探测光脉冲在时域上的准确位置。通过探测倍频光脉冲的时间间隔，我们可以根据飞行时间法计算得到待测距离。”

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