雷射測距機

2021-02-25 兵器知識雜誌

  雷射測距的特點雷射測距機是雷射技術的重要應用成果之一,國內外已普遍用於軍事、生產建設和科學研究。雷射測距機首先是在軍事方面得到廣泛的應用,解決了部隊測量目標距離,特別是測量活動目標距離方面的難題。民用雷射測距儀器有精密大地測量儀、雷射雲高儀等,測距精度可以達到毫米量級,用於大地測量、監測地震、測量標槍、鐵餅等的投擲距離等。在科學研究上有雷射月球測距儀、人造衛星測距儀等,用於測量月球距離及衛星飛行情況。

  ▲ 雷射雲高儀
  近幾年來,雷射技術迅速發展,應用也更加廣泛。雷射測距機種類繁多,性能各異。但從結構上講,都不外乎由這幾部分組成:雷射器、雷射發射系統、雷射接收系統、電控系統、距離顯示裝置及電源。精密測距時,還要配置裝有後向反射器的靶板。
  雷射與普通光相比,有三大特點,即亮度高、方向性強、單色性好。因此利用雷射測距有顯著的優點。一是精度高,不管測量的距離多麼遠,精度始終不變;二是儀器輕巧,操作簡便,測距迅速,一按按鈕,儀器立即就顯示出目標的距離;三是抗幹擾性強。但它也和其它光學測距機一樣,受天氣的影響很大。在大霧瀰漫能見度差的情況下,雷射衰減嚴重,無法測距。

  ▲ 坦克雷射測距機
  測距機的原理
  光的速度 c是個常數(c=3 ×108 米/秒),光速與光運行時間的乘積,就是光在這段時間內運行的距離。雷射測距時,雷射測距機向目標發射一個雷射脈衝,由於目標的漫反射,部分能量被反射回測距機。雷射測距機測量出從發射雷射脈衝到接收到回波所經過的時間t,那麼1/2ct就是測距機到目標的距離S。
  光的速度極快,運行三十公裡只需要萬分之一秒,怎樣精確地測量這樣短暫的時間呢?雷射測距機通常採用一個振蕩頻率極高(如:三千萬赫茲)的石英晶體振蕩器。這就是說,振蕩器每秒鐘能產生三千萬個晶振脈衝,每個脈衝的持續時間就是三千萬分之一秒(3×10-7秒)。測距時,在發射雷射脈衝的同時,計數器開始數晶振脈衝的個數,一直數到接收到回波為止。如果共數了n個脈衝,那麼n ×3 ×1O-7秒就是雷射脈衝在測距機和目標間往復一次的時間。顯然,用這種方法就能精確地測量出時間 t,然後根據公式S=2/1ct,就能計算出目標的精確距離。當然,這種計數和運算是由一套電子系統自動完成的。計算結果,即目標距離,也就自動立即顯示出來。
  計數器的計數誤差僅是±1個脈衝,因此測距機的精度取決於晶振脈衝的頻率。頻率為3×107 赫茲時,測距精度為±5米;頻率為1.5×107赫茲時,精度為 ±10米。
  國外的軍用雷射測距機目前國外已經研製出各種各樣的軍用雷射測距機,如野戰炮兵用的雷射測距機、坦克雷射測距機、高炮雷射測距機、機載雷射測距機等,並已大量裝備部隊。

  ▲ 手持雷射測距機

  近年來,由於電子技術的高度發展,雷射測距機越來越小型化。國內外已經研製出大小像普通雙目望遠鏡一樣,重量為1.5公斤左右的手持式雷射測距儀,並已經大量使用,有的國家甚至是配發到單個步兵班中每班一臺。

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