光轴偏差对激光测距机测距能力的影响

1 　理论分析

       设激光测距仪激光器的发射功率为 Pt ,发射光学系统的透过率为 Kt ,激光束散角为θ,大气透过率为 Kc ,接收光学系统的透过率为 Kr ,接收视场角为β,接收灵敏度为 Prmin ,接收面积为 Ar ,目标面积为 S ,目标反射率为ρ,则脉冲激光测距机的最大测程为〔2〕R2max = Pt Kt K2c KrAρsα/ 2πPrmin，其中α = β2/θ2 (β < θ)

α = 1 (β ≥θ)

       该方程是在接收系统光轴和发射系统光轴完全一致的情况下得到的。而实际上这是非常困难的 ,二者之间总存在着一定的偏差角 ,这个偏差角的存在使接收视场角将减少Δβ。(2) 和 (3) 中的β对应变为β- Δβ,且接收面积为Αr 对应变为 Arcos (Δβ) 。由于Δβ通常很小 ,所以 cos(Δβ) ≈1 ,即可忽略接收面积变化的影响。下面讨论α变化对测程的影响。

111 　当β- Δβ≥θ,即Δβ≤β-θ,α= 1 ,对最大测程影响不大。例如 ,83 式手持激光测距机的接收视场角β= 1. 5mrad ,激光发散角θ= 1. 0mrad ,则当偏差角Δβ≤0. 5mrad 时 ,不会影响测距。

112 　当β- Δβ≤0 ,即Δβ≥β时α= 0 ,此时接收不到激光脉冲 ,由 (1) 知 Rmax = 0 ,测距机不能测距。例如 85式手持激光测距机 ,当偏差角Δβ≥0. 95mrad 时 ,将不能测距。

113 　当 0 <β- Δβ≤θ,即β-θ≤Δβ<β时 ,α< 1 ,测距机的最大测程 R′max随Δβ增大而减少。将 (1) 变为R2max = K2β2/θ2 (4)其中 K2 = Pt Kt Kc2 KrArρs/ 2πPrmin为不变的量。仿 (4) 有R′2max = K2 (β- Δβ) 2/θ2 (5)对于 (4) 而言 ,有两种情况

11311 　有的测距机的结构保证了β≥θ,即理想情况(无偏差) 下根据 (3) , (4) 式应为R2max = K2由 (4) 、(5) 得R′max = Rmax (β- Δβ) /θ (7)　　可见最大测程随偏差角的增加成线性减小。83 式激光测距机的测程随偏差角的变化情况。激光测距机最大测程随光轴偏差的变化 (已知β= 1. 5mrad ,θ= 1mrad ,Rmax = 7000m)

11312 　有的测距机结构上β<θ,例如 85 式激光测距机 ,β= 0. 95mrad ,θ= 1mrad , Rmax = 5000m ; MT - 18 激光测距机 ,β= 0. 7mrad ,θ= 1mrad , Rmax = 20000m。由(4) 和 (5) 得

R′max = Rmax (1 - Δβ/β) (8)由 (8) 可得到 85 式、MT - 18 激光测距机最大测程随光轴偏差的变化曲线 。

2 　结论

(1) 不同型号的激光测距机的光轴偏差对其最大测程的影响不同 ,因此在技术规程中规定的光轴最大偏差皆为 0125mrad 是不合理的 ,例〔1〕如 ,该值对 83式测距机的最大测程几乎不影响 ,而对 85 式将由 5000米降为 3700 米 ,MT - 18 由 20000 米降为 13000 米。

(2) 光轴偏差对激光测距机的最大测程影响较大 ,成线性关系 ,且当偏差角超过接收视场角时 ,测距机将不能测测距。