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全书共分5章。第1章：绪论，介绍激光测距技术的主要类型及各自特点。第2章：经典脉冲激光测距原理及组成，介绍脉冲激光测距技术的基本原理、激光发射机、激光接收机、应用和发展概况。第3章：高精度脉冲激光测距技术，介绍脉冲式激光测距系统的测距误差、激光光源的脉宽控制、精确脉冲到达时刻鉴别、精密时间间隔测量。第4章：超远程脉冲激光测距技术，介绍超远程脉冲激光测距基本理论、单光子探测技术、微弱回波信号检测技术、基于事件计时器的时间间隔测量。第5章：飞秒脉冲激光频率梳绝对距离测量，介绍飞秒光频梳测距技术发展概况、飞秒光频梳及其产生、光频梳绝对距离测量技术基础、飞秒光频梳测距方法、光梳多波长干涉测距的波长选择和相位信息提取方法。

目    录


第1章绪论	1
1.1  激光的特点及应用	1
1.1.1  激光的产生及特点	1
1.1.2  激光的应用	3
1.2  经典的激光绝对距离测量方法	15
1.2.1  激光非干涉测距方法	15
1.2.2  激光干涉测距方法	18
1.3  脉冲激光测距技术发展	21
1.3.1  脉冲激光测距机发展概况	21
1.3.2  脉冲激光测距技术研究的新方向	22
参考文献	23
第2章经典脉冲激光测距原理及组成	25
2.1  基本原理	25
2.1.1  测距原理和组成	25
2.1.2  测距方程	27
2.1.3  最大可测距离和测距精度	29
2.1.4  消光试验	31
2.2  激光发射机	31
2.2.1  军用激光测距机可选用的激光器	31
2.2.2  固体激光器	32
2.2.3  全固态激光技术	39
2.2.4  人眼安全的固体激光器	40
2.2.5  喇曼激光器	44
2.2.6  气体激光器	49
2.2.7  半导体激光器	51
2.3  激光接收机	54
2.3.1  直接探测激光接收机	54
2.3.2  外差探测激光接收机	60
2.3.3  背景噪声	62
2.3.4  光电探测器	65
2.3.5  信号的分辨	75
2.4  应用和发展概况	78
2.4.1  发展概况	78
2.4.2  装备和研制现况	79
2.4.3  新一代军用激光测距机的研制	81
参考文献	84
第3章高精度脉冲激光测距技术	86
3.1  脉冲式激光测距系统的误差分析	86
3.1.1  系统误差	86
3.1.2  随机误差	89
3.1.3  脉冲激光测距系统的总误差	92
3.2  激光光源的脉宽压缩和控制	93
3.2.1  调Q激光器脉宽压缩	93
3.2.2  光纤激光器的脉宽压缩技术	111
3.2.3  半导体激光器的脉宽控制	120
3.3  精确脉冲到达时刻鉴别	122
3.3.1  脉冲前沿鉴别及其改进	123
3.3.2  恒定比值时刻鉴别及其改进	127
3.3.3  过零时刻鉴别及其改进	129
3.4  精密时间间隔测量	134
3.4.1脉冲计数法的测量误差	134
3.4.2  时间放大测量	135
3.4.3  计数器及计数方法的改进	139
3.4.4  基于数字移相等效时钟的时间间隔测量及实现	148
3.4.5  游标卡尺测量技术	154
3.4.6  时间间隔的内插测量	157
3.4.7  时间间隔的“粗”“细”组合测量	169
参考文献	174
第4章超远程脉冲激光测距技术	179
4.1  引言	179
4.2  超远程脉冲激光测距基本理论	179
4.2.1  实现原理与系统结构	179
4.2.2  激光测距方程	182
4.2.3  光子探测概率方程	183
4.3  单光子探测技术	184
4.3.1  APD工作模式与单光子计数原理	185
4.3.2  GM-APD雪崩抑制技术	187
4.3.3  GM-APD单光子探测器性能参数	191
4.4  微弱回波信号检测技术	195
4.4.1  信号积累技术	195
4.4.2  匹配滤波技术	197
4.4.3  相关检测技术	200
4.4.4  高阶统计检测技术	201
4.4.5  虚警抑制	203
4.5  基于事件计时器的时间间隔测量	205
4.4.1  事件计时器原理	205
4.4.2  A032-ET计时器	207
参考文献	210
第5章飞秒脉冲激光频率梳绝对距离测量	214
5.1  概述	214
5.1.1  光学频率梳绝对距离测量技术需求背景	214
5.1.2  传统激光测距方法的局限	216
5.1.3  飞秒光频梳测距技术发展概况	218
5.1.4  光频梳测距技术研究中的关键问题	224
5.2  飞秒光频梳及其产生	227
5.2.1  光学频率梳	227
5.2.2  光频梳的产生	230
5.3  光频梳绝对距离测量技术基础	233
5.3.1  多波长干涉测距及其合成波长	233
5.3.2  合成波长干涉测量的级间过渡条件和逐级精化理论	240
5.3.3  合成波长测距的误差分析	244
5.4  飞秒光频梳测距方法	246
5.4.1  频率梳齿间干涉相位测距法	246
5.4.2  脉冲飞行时间与互相关干涉联合测距法	249
5.4.3  频率梳光谱分辨干涉测距法	253
5.4.4  参考光学频率梳的多波长干涉测距法	256
5.4.5  TOF、MWI和SRI组合测量测距法	257
5.4.6  双飞秒频率梳外差测量	261
5.4.7  双光梳多外差绝对测距方法	263
5.4.8  基于外差双光学频率梳的多波长干涉测距方法	274
5.5  光梳多波长干涉测距的波长选择和相位信息提取方法	280
5.5.1  光梳多波长绝对测距的波长选择	280
5.5.2  多波长干涉测距相位信息提取方法	286
参考文献	289

编者从事军用光电技术与装备的教学和科研工作近二十年，在此期间，日渐深感光电技术对现代科技、武器装备、乃至战争带来的深刻影响和巨大变革，而激光技术无疑是所有军用光电技术中一颗最为耀眼的明珠，除被广泛用于激光测距、激光雷达与激光跟踪、激光通信、激光制导、激光陀螺和激光武器等军事用途外，还在工业、医疗等高科技领域全方位地改变着我们的生活。
脉冲激光测距是激光技术在军事上最早的一个应用领域，经过几十年的发展，其理论、技术、仪器等各方面均已发展的相对成熟和完备，这也是本书选题之初的压力所在。但任何科学技术都有一个不断发展和进步的过程，在编者多年的工作实践中，切实体会到了脉冲激光测距技术这些年在如何提高测距精度、如何增大测距量程，以及现代飞秒脉冲激光频率梳绝对距离测量等技术的最新发展，但专门全面介绍这些技术及其最新进展的书籍还不多。毫无疑问，该专业领域的科技人员和青年学者迫切需要这些方面的知识；长期在工程技术第一线的同行也需要知识的更新；而那些从事相关专业工作和研究的技术人员也没有更多时间浏览众多文献，以掌握技术发展动态。遂冒昧将编者多年来在相关领域的技术总结编撰出版，以期受到本领域教学和科研技术人员的首肯。
本书在内容编写上力图做到以下几点：
一是重点突出。无论是经典的脉冲激光测距技术，还是最新的几个技术发展方向，每一个领域的技术重点都无一遗漏的进行了阐述。如经典脉冲激光测距技术的光源、发射系统、接收系统和信号处理环节；高精度脉冲激光测距技术的光源脉宽控制、高精度时刻鉴别和精密时间间隔测量；超远程脉冲激光测距技术的单光子探测和基于事件计时器的时间间隔测量；飞秒脉冲激光频率梳绝对距离测量的理论基础、测距方法、波长选择和信息提取等。
二是结构完整。从全书内容编排上看，高精度和超远程脉冲激光测距技术是对传统脉冲激光测距技术局限的改进和完善，故在介绍高精度和超远程脉冲激光测距技术之前，完整地介绍了经典脉冲激光测距原理及组成。各章节内，除介绍各自技术重点外，与之相关的问题来源、技术背景、发展现状等也相应作了介绍，使各章节内的内容结构也相对完整。如高精度脉冲激光测距技术中的测距误差分析，超远程脉冲激光测距技术中的超远程测距基本理论，飞秒脉冲激光频率梳绝对距离测量中的发展概况等内容。
三是尽力呈现最新技术发展。所有素材虽然是编者多年来持续积累的结晶，但在选取上尽量能够展示相关技术领域的最新研究成果。如高精度脉冲激光测距技术中的激光光源脉宽控制技术，飞秒脉冲激光频率梳绝对距离测量中的内容更是最近一两年才发布的研究成果。
但“求其上者得其中”，虽然在素材选取、内容确定上编者已倾尽全力，但是否做到了以上几点，仁者见仁、智者见智，还需读者进行评判。
本书共五章。在系统介绍经典脉冲激光测距原理及组成的基础上，重点介绍了脉冲激光测距技术在高精度测距、超远程测距、飞秒脉冲激光频率梳绝对距离测量等三个方向的最新发展。各章节之间内容虽相对独立，但每个技术方向的内容结构完整、重点突出。可以说本书是对传统脉冲激光测距技术如何提高测距精度、如何增大测距量程，以及飞秒脉冲激光频率梳绝对距离测量等最新脉冲激光测距技术的一个系统梳理和总结。可帮助相关专业学生了解脉冲激光测距技术的发展前沿动态，也是相关科研人员从事激光测距机设计、研发非常有益的技术参考资料。
本书由军械工程学院电子与光学工程系周冰、黄富瑜、徐春梅编写。其中周冰对全书内容进行了规划和选定，并负责了第一、三、五章的编写；第二章由周冰、徐春梅共同编写；第四章由黄富瑜编写；周冰对全书进行了统稿和校正。全书由军械工程学院电子与光学工程系沈学举教授主审。
本书在内容选定过程中，参考了国内外相关领域的大量研究文献，在此特别对原文献作者在相关领域所作的开创性研究成果表示敬意和感谢。
感谢沈学举教授、张雏副教授在相关内容编写过程中给予的热心指导和帮助；感谢研究生高宇辰在前期资料整理过程中的辛勤付出；感谢军械工程学院各级领导的培养、教育与关怀。本书的出版受到军队“2110工程”资助，在此一并表示感谢。
由于作者学术视野和水平所限，加之出版时间仓促，本书在行文上还略显粗糙，在内容上也还有不妥、遗漏、偏颇之处，恳请业内前辈、技术同行不吝斧正。

脉冲激光测距

周冰，长期从事激光测距技术的教学和科研工作，对于脉冲激光测距技术的现状、技术前沿、发展方向有着深刻的理解。在多年工作实践中，认为撰写一本系统介绍脉冲激光测距技术如何提高测距精度、如何增大测距量程，以及现代飞秒脉冲激光频率梳绝对距离测量等最新技术的相关书籍，定会受到相关教学和科研技术人员的喜爱。

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现代脉冲激光测距技术