为实现对军用激光测距机雪崩二极管的有效防护, 通过实验的方法测试了VO2薄膜在1064 nm激光辐照下的基本性质, 得出了其相变前后透过率与膜厚的关系以及不同厚度VO2薄膜对C30950E雪崩二极管最低饱和入射激光阈值的影响, 并给出了拟合公式。实验结果表明,随着膜厚的增加,雪崩二极管的最低饱和入射激光阈值逐渐提高;膜厚为200 nm的VO2薄膜可将雪崩二极管的最低饱和入射激光阈值由5×10-6 W提高到 1.2×10-5 W。由于目前国内针对军用激光测距机雪崩二极管激光防护开展的研究还较少, 且大多局限在理论层面、缺乏实验数据支撑, 因此本文提供的数据和拟合公式不仅可以进一步验证将VO2薄膜用于军用激光测距机雪崩二极管防护的可行性, 而且为进一步开展各型激光测距装备雪崩二极管防护研究提供了数据参考。

针对机械手中用于标定以及空间定位的激光测距装置测距精度不足、容易受工作环境等因素的影响，进而导致测量不准确，影响机械手空间标定以及定位的缺点，提出了一种基于全相位傅里叶变换（apFFT）的相位式激光测距系统。该系统采用apFFT算法来进行鉴相，进而得出实时测量的距离。相比于传统的基于傅里叶变换的相位式激光测距方法，该方法能够有效抑制实际应用中由于多种因素导致的频谱泄露现象。实验结果表明，该系统具有良好的稳定性和抑制频谱泄露能力，同时该系统的平均定位精度可以达到1 mm，满足实际工业生产制造的需求。

针对不同大气环境条件下激光测距机最大测程显著变化的问题, 建立了表观光学参数大气能见度V与大气吸收系数、散射系数和总衰减系数之间的关系, 采用蒙特卡罗方法仿真了激光大气传输过程, 以美国Voxtel公司的远程激光测距机为例, 定量计算了雾天环境下能见度变化对最大测程的影响。结果显示:标称最大测程为10 km的激光测距机在能见度为20 m、300 m和1 500 m的气象条件下, 最大测程分别为30 m、335 m和1 240 m; 测距机最大测程随气象条件的改变会发生明显的变化。该仿真方法可评估大气光学参数对激光测距机测程的影响, 以及指导系统设计阶段的参数优化。

为了抑制激光测距仪采集3维距离图像的噪声与畸变, 提出了一种各向异性自适应平滑去噪方法。该方法集成了随机信号处理和尺度空间表述技术, 根据邻域点构建特征估计模型, 对距离图像中局部区域内测量点间的流形拓扑关系进行预测, 并利用无嗅采样技术计算原始图像和估计模型间的马氏距离作为相似性测度构建卷积滤波核, 实现三维距离图像各向异性扩散平滑去噪。通过该方法能够有效抑制原始图像发生的变形或偏移, 在抑制噪声的同时突出主要特征。试验结果表明: 在噪声方差为4.0×10-4 m2时, 经自适应平滑处理后的图像的峰值信噪比增益达16.41 dB, 均方误差减小66.16%。本文方法能够有效提高三维距离图像的质量, 为基于激光测距仪的三维环境感知与测量建模提供技术支撑。

为了满足军用远程激光测距机对小体积高峰值功率固体激光器的应用需求, 采用短腔长、正交偏振电光调Q技术, 设计了小型风冷LD抽运Nd∶YAG固体激光器, 并对样机进行了实验验证。结果表明,激光器重量630g、重频20Hz、输出能量85mJ、脉冲宽度3.9ns、激光峰值功率21.8MW、束散角1.9mrad, 满足了小型化和高峰值功率的要求。该激光器具备较强环境适应性, 目前已实现工程化应用。

提出一种基于靶标调向装置的脉冲激光测距机光轴平行性检测方法。靶标十字分划中心分别与脉冲激光测距机白光瞄准光轴十字分划中心和激光发射光轴光斑中心对准, 通过读取码盘数据计算光轴平行性误差。该方法操作简单, 能够实时定量地检测光轴平行性误差, 有效地提升了检测精度, 实现了光轴平行性检测的数字化、自动化。

为获取远程、高速目标的距离信息,研制了一种基于合作目标的高重频人眼安全激光测距仪,该测距仪采用重频达80 Hz的1 550 nm激光器作为激光光源。经外场试验验证,在能见度10 km的情况下,对合作目标(角反射器),人眼安全激光测距仪的作用距离为20 km,同时,测距仪重频达30 Hz,测距精度2 m(RMS)。该测距仪满足了系统的技术要求。

提出一种基于正交调制的激光测距系统, 该方案与传统的二次混频方法相比, 提高了相位测量精度并简化了系统的硬件设计, 针对距离测量过程中的距离模糊问题, 提出了一种基于超定方程组的距离解模糊算法, 避免了对最优解的搜索, 最后使用2台K60激光测距仪和3台基于本方案的测距仪在精度为018 mm的国家标准基线上进行对比试验, 结果显示, 测距时间少于18 s, 平均测量误差在2 mm以内, 在60 m的量程内测距标准差在1 mm以内, 验证了该方案相比较传统的方法具有更高的测量精度和速度。

利用姿态角传感器、角度编码器结合激光测距传感器，与全站仪构成非接触的组合测量系统，实现大尺度空间中隐藏区域的空间坐标测量。建立了测量系统的数学模型，设计标定靶并对系统进行了标定。针对测量系统，提出一种根据控制点在空间的分布确定权值的加权最小二乘的标定方法。以全站仪直接测量和组合系统测量两种测量方式，对同一空间点进行坐标测量，通过测量对比来验证组合系统的测量精度。实验结果表明：该测量系统可以使得组合测量的量程扩大并保持较高的空间坐标测量精度，采用加权最小二乘算法进行标定的结果使测量误差更小。