基于激光器的海面目标精确测距装置的制作方法

本实用新型属于渔船辅助装置技术领域，涉及一种基于激光器的海面目标精确测距装置。

背景技术：

目前渔民远海作业的海域不断扩大，经常会遭遇不熟悉海域和不良天气的困境，对没有精确测距装置的单只渔船来说，选择合适锚地和寻求友邻船只互助的问题更加重要。长期以来渔民远海作业中的海面目标测距工作主要是凭渔民经验进行，渔船测距主要依靠船用望远镜判断海上目标(岛礁或船只)距己船的距离，这种辅助测距存在两大问题：第一、测量距离范围有限；第二、获取的距离参数不够精确。尤其是在陌生海域和不良天气条件下，现有手段已不能满足人员和船舶本身生存的实际需求。

技术实现要素：

为了达到上述目的，本实用新型提供一种基于激光器的海面目标精确测距装置，解决了现有技术中测量的目标距离范围有限，且目标距离测量不准确的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种基于激光器的海面目标精确测距装置，由激光器、操控设备和控制电路组成；

激光器包括方位调节器、发射通道、接收通道和激光器接口，方位调节器用于调整激光器的指向，激光器通过激光器接口与控制电路连接，控制电路驱动激光器发出目标测距的序列信号，经发射通道输出，形成探测目标的激光波束；接收通道由接收物镜和能量传感器组成，接收物镜接收被测目标反射的激光脉冲，并将能量全部会聚到能量传感器的光敏面上；

操控设备由显示器、数码记数器、开关系统组成，完成测距操控及测试结果的显示；激光器接口通过连接线缆与接口适配器连接，接口适配器的一端通过矩形电路板插座与转接接口适配器连接，接口适配器的另一端通过航空插座分别连接与激光器、开关系统连接；

控制电路由直流电源、复原电路、光电转换器、整形放大器、门控电路、脉冲源组成，激光器与直流电源连接，直流电源与复原电路连接，复原电路分别与门控电路、数码计数器连接；激光器还与光电转换器连接，光电转换器与整形放大器连接，整形放大器与门控电路连接；门控电路分别与脉冲源、数码记数器连接，数码记数器与显示器连接。

本实用新型的特征还在于，进一步的，门控电路由A触发器、B触发器、与非门YF₂、与非门YF₁、非门F₂、非门F₁组成，复原电路与B触发器连接，B触发器和与非门YF₂连接，与非门YF₂分别和A触发器、脉冲源连接，A触发器和非门F₁连接，非门F₁和与非门YF₁连接，与非门YF₁分别和B触发器、非门F₂连接，整形放大器分别和A触发器、非门F₂连接。

进一步的，激光器、操控设备与分别通过连接机构与固定平台焊接。

进一步的，激光器、操控设备与分别通过连接机构与三脚架螺栓连接。

进一步的，操控设备的正面设有显示开关、测距开关和清零开关；操控设备的背面设有电源开关、电源插座、保险丝座和通讯插座；测距开关与激光器连接，显示开关与显示器连接，清零开关与复原电路连接；电源插座连接外部电源和电源开关，保险丝座连接电源开关和接口适配器，通讯插座连接激光器和显示器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用了通用接口适配器和转接接口适配器相结合的方式，将激光发射、目标回波信号的提取和脉冲源信号的记录集于一体，尽量减少电缆数量，实现电缆集成，采用通用适配器结构，多路信号可共用一个转接板；使用操控设备统一控制系统工作，简化了操作，优化设计了光、机、电接口和操控设备，实现了结构紧凑小巧、安装方便，显著地提高了工作效率；由于电路中既有强电流，又有窄脉冲的驱动信号以及高速的数字信号，通过优化布线设计与屏蔽设计，合理地控制测量时序，具有了优良的抗干扰特性。

激光具有单色性、相干性和方向性好等特点，激光波束窄，响应时间快，没有多路效应，低角性能好，海面使用效果好；测量精度高，测距误差受测程影响小；有利于对目标距离进行准确测定；实现了激光脉冲测距系统在固定平台或便携状态下的精确测距；弥补了船用望远镜的不足，根据激光器工作性能，最大作用距离可达10～15km。

综上所述，本实用新型在渔船远海作业过程中，可达到精确获取海面目标距离，准确判定己船到达目标地的时间；可用于各型船只的测距辅助，也可推广到农业机械获取作业面积的测量辅助，是渔业作业生存保障的重要辅助手段，对弥补现有渔船辅助工具的不足，对提高人员和渔船的现代化保障水平、提高渔业生产效力均具有重要的作用和意义，最大程度地降低了渔民日常作业中的不便和安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型测距装置采用固定平台式结构示意图。

图2是本实用新型测距装置采用便携式结构示意图。

图3是本实用新型的激光器结构示意图。

图4是本实用新型接口单元结构示意图。

图5是本实用新型的控制电路连接图。

图中，1.激光器，2.操控设备，3.连接机构，4.固定平台，5.三脚架，6.方位调节器，7.发射通道，8.接收通道，9.激光器接口，10.接口适配器，11.开关系统，12.转接接口适配器，13.直流电源，14.复原电路，15.门控电路，16.脉冲源，17.光电转换器，18.整形放大器，19.数码记数器，20.显示器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的结构，如图1-3所示，由激光器1和操控设备2组成，激光器1、操控设备2与分别通过连接机构3与固定平台4焊接；为了便携使用，激光器1、操控设备2与分别通过连接机构3与三脚架5螺栓连接；

激光器1包括方位调节器6、发射通道7、接收通道8和激光器接口9，方位调节器6用于调整激光器1的指向，激光器1通过激光器接口9与控制电路连接，控制电路驱动激光器1发出目标测距的序列信号，经发射通道7输出，形成探测目标的激光波束；接收通道8由接收物镜和能量传感器组成，接收物镜接收被测目标反射的激光脉冲，并将能量全部会聚到能量传感器的光敏面上，将激光脉冲信号转变为电信号，完成激光能量接收与光电转换；

操控设备2由显示器20、数码记数器19、开关系统11组成，完成测距操控及测试结果的显示；操控设备2的正面设有显示开关、测距开关和清零开关；操控设备2的背面设有电源开关、电源插座、保险丝座和通讯插座；测距开关与激光器1连接，显示开关与显示器20连接；电源插座连接外部电源和电源开关，保险丝座连接电源开关和接口适配器10，通讯插座连接激光器1和显示器20；

如图4所示，接口单元由连接线缆、通用接口适配器10和激光器电缆组成；激光器接口9通过连接线缆与接口适配器10连接，接口适配器10的一端通过矩形电路板插座与转接接口适配器12连接，接口适配器10的另一端通过航空插座分别连接与激光器1、开关系统11连接；接口适配器10采用集中互连的方式完成与激光器1和开关系统11的连接配置与信号的转接，即在接口适配器10内部配置激光器1、转接接口适配器12与开关系统11的连接。

基本原理：

本实用新型通过控制电路实现系统的自检、初始化、计算、时序控制、数据处理、显示及传输工作。工作电源由操控设备2提供，所有激励信号及电源通过电缆、接口分别与激光器1的发射通道7、接收通道8相连。操控设备2通过对激光器1的信号进行合适的激励、光电变换、整形放大、脉冲采样，完成激光测距工作。

通过测定激光脉冲在测量路线上往返时间△t测定目标距离D，C为光速，则目标距离D公式为：

D＝C·Δt/2

因此，△t是获取目标距离的关键变量，从发射激光到收到反射激光期间，数码记数器19由脉冲源16按时钟振荡进行脉冲(CP)计数，其计数结果与激光的往返时间△t成比例。记数的启动与停止依靠脉冲源16控制时钟脉冲(CP)实现。控制原理为：时钟脉冲(CP)至数码记数器19的通路受到与非门YF₂的制约。当A触发器为“1”态且B为“0”态时，时钟脉冲(CP)可以通过与非门YF₂；当A触发器为“0”态或B为“1”态时封锁与非门YF₂。

重复测量时，通过清零开关启动复原线路，使A、B触发器、显示器20和数码记数器19置零。

如图5所示，控制电路由直流电源13、复原电路14、光电转换器17、整形放大器18、门控电路15、脉冲源16组成，激光器1与直流电源13连接，直流电源13与复原电路14连接，复原电路14与清零开关连接，复原电路14还分别与门控电路15、数码计数器19连接；激光器1还依次与光电转换器17、整形放大器18连接，整形放大器18与门控电路15连接；门控电路15分别与脉冲源16、数码记数器19连接，数码记数器19与显示器20连接。

门控电路15由A、B触发器、与非门YF₂、与非门YF₁、非门F₂、非门F₁组成，复原电路14与B触发器连接，B触发器和与非门YF₂连接，与非门YF₂分别和A触发器、脉冲源16连接，A触发器和非门F₁连接，非门F₁和与非门YF₁连接，与非门YF₁分别和B触发器、非门F₂连接，整形放大器18分别和A触发器、非门F₂连接。

24V直流电源13打开后，激光器1、操控设备2处于工作状态，测距开关启动激光器1工作，完成整个激光发射过程，探测目标的激光信号经光电转换器17、整形放大器18采样保持后，通过门控电路15启动脉冲源16工作，开始数码记数器19进行激光脉冲记数，当采集的目标反射激光脉冲信号经光电转换器17、整形放大器18采样保持后，通过门控电路15停止脉冲源16工作，结束脉冲记数，记录的脉冲个数在数码记数器19上显示，经十进制转换的目标距离D在显示器20上显示。

采用本实用新型测量目标距离的方法，具体按照以下步骤进行：

(1)接通24V直流电源13，接通清零开关使复原线路产生负脉冲，将A、B触发器和数码记数器19清零；因A为“0”态，封锁与非门YF₂。

(2)接通测距开关，激光器1发射激光，经内路反射，一部分激光信号传入光电变换器和整形放大器18，将A触发器置为“l”态，打开与非门YF₂，时钟脉冲(CP)进入数码记数器19，开始计数。需要注意，这一负脉冲并不能触发B触发器，这是因为A触发器原在“0”态，故与非门YF_l是封锁的。在发射时将A触发器置为“l”态后，与非门YF₁打开，准备接受反射激光的脉冲信号。

(3)接到目标反射的激光脉冲信号时，回波信号通过光电变换器和整形放大器18，产生的负脉冲经非门F₂、与非门YF_l将B触发器置“1”，封锁了与非门YF₂，使数码记数器19停止计数，这时可以读出脉冲个数n。

(4)接通显示开关15，如果时钟脉冲(CP)的频率为f，数码记数器19记录的脉冲个数为n，显示器20上显示目标的距离D，即式中：C为光速。

在使用中应注意以下两点：

(1)因激光器内部温度很高，需要冷却，故应严格遵循激光器的正常工作时间限制。

(2)不能将激光器对向人的脸部或高反射率的物体发射，防止伤害人的眼睛。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。