脉冲式和相位式激光测距

激光测距设备对反射性物体类如地表，建筑物或者是树木等，进行斜距测量的过程中使用的测距方式无非是相位式或者是脉冲式。

脉冲式又称TOF式或者是脉冲回波式，相位式又称相位比对式或者是相位偏移式。

脉冲式大多应用于测量数十数百米的距离测量当中，主要应用于机载平台的激光雷达设备，从数百米到数公里不等的距离上，脉冲式原理的激光雷达能够精准测距。在天基平台例如卫星或者是其他航天飞行器上，使用脉冲式测距原理的激光雷达甚至能够达到几百公里的测距能力。对于脉冲式激光雷达而言，其计时器是一个高速精准的计数器，若想达到1cm的测距分辨率，这个计时器的计数间隔要达到66皮秒，1皮秒相当于一万亿分之一秒，这就要求即使频率达到15GHz。所以，脉冲式激光雷达更适用于长距离的测量工作。

经过被测物体表面的反射之后，脉冲回波被传感器接收感应，在激光测距的过程中，实际的脉冲持续长度是激光测距的一个重要特征，因为其直接影响到传感器如何识别和区分多个不同的回波信号，如果一个脉冲持续了10纳秒，1ns相当于10的负九次方秒，那么这个脉冲以光速传播的距离有3m，如此测距设备的距离分辨率受制于脉冲的持续时间，因为激光脉冲发射之后在空间发生反射之后路径变得很不规则，因为电磁波的传播速度达到每秒钟30万公里，1m的测距分辨率就要求计时器具有1/300,000,000秒的计时精度，也就是3x10的负九次方秒。1cm的测距分辨率就要求计时器具有3x10的负十二次方的计时精度，也就是3皮秒。因此实际上影响测距精度的因素包括有：计时器质量、触发和停止组件灵敏度等因素。

当进行相对距离较近的测量时，例如使用地基激光雷达进行测距，该类设备的脉冲重复率可以设置的很高，也就是PRF pulse repetition frequency能够被设置的比较高，因为例如使用一台地基激光雷达进行一个100米的距离测量，那么脉冲的往复路径为200m，这样其飞行时间为200/300000000=0.67μs，若对于较长距离的测距，例如使用机载平台进行一个1000m的测距，此时的脉冲飞行时间久达到了6.7μs，这样的话最大的脉冲重复率也就是1/6.7μs等价于150kHZ，也就是说为了避免不和下次的脉冲回波发生识别混淆，脉冲重复率要小于150kHz，因为如果发射的脉冲测距1000m，PRF大于150kHz，此时第二次的脉冲可能先于第一次的脉冲回到传感器被接收，如此造成测距混淆。也就是说，针对于较长距离的测距，相邻脉冲之间需要有较长的时间间隔。当前发展的技术手段已经能够解决这一问题。使激光测距仪在等待上一次的脉冲回波的同时发射一束新的测距脉冲，该项技术在传统雷达领域早就已经提出。多脉冲技术解决了回波混淆的问题之后，影响脉冲频率的是激光源自身，在2000年早起时候，增加PRF的代价是降低了发射脉冲的能量，以此带来的弊端是，能量的降低造成信噪比的增加signal to noise ratio——SNR，随着当前的激光技术发展，现在能量问题已经不再是问题了。

 

相位式激光雷达使用的测距原理是根据测量连续发射的经调制的测距电磁信号的相位变化，以推算出激光的飞行时间，以此得出测距信息。不同于脉冲式激光测距发射的离散的激光脉冲，相位式采用的是连续波激光，由于激光发射能量的限制，此类设备一般用于较近距离的测量。