Задача сделать для летательного аппарата лазерный высотомер малых высот. точность измерения не менее 1 метра. Без слепой зоны.

Фазовый метод не подходит поскольку дальность постоянно меняется.
Импульсный метод имеет слепую зону.
За основу для экспериментов взял лазерный дальномер JJ-OPTICS Laser Range Finder 600 (в 2009 году купил его за 4100руб)

нашёл запускающий импульс, (синий провод X4)

поступает на плату лазера


напряжение на лазерном диоде U4


напряжение на накопительном конденсаторе C2


вспышка света отразившись попадает на лавинный фотодиод (есть высокое ~150v)
и после усиления

и импульс стоповый после компаратора MAX 913


мозги собираюсь сделать свои. т.к. штатная электроника посылает пачку импульсов а потом селекционирует их и для быстро меняющихся значений дальности не подходит (проверяли на самалёте).

осциллограммы сигналов:
1 канал старт - плата лазера синий провод.
2 канал стоп- 8 ноги компенсатора MAX913

0 метров(излучение не попадает на фотоприёмник)


20 метров


40 метров


75 метров


Что делать с слепой зоной ? она составляет 15 метров. неужели придётся в уменьшать мощность лазера или чувствительность фотоприёмника чтобы уменьшить её до 1 метра?

Если у кого есть схемы импульсных лазерных дальномеров, поделитесь ...

А почему в этом разделе?

Просто подумал что данная задача ближе к физике и математике (обработка сигналов и всякие физические эффекты) нежели к оптике и метрологии(линзы и оптические оси).

Хотя для решения поставленной задачи нужен гораздо большой охват знаний.
на первой осциллограмме, когда просто закрыл приемную апертуру, виден импульс, который и создаёт слепую зону возможно это просто электрическая наводка импульса питания на чувствительный приёмник.

Что делать с слепой зоной ? она составляет 15 метров. неужели придётся в уменьшать мощность лазера или чувствительность фотоприёмника чтобы уменьшить её до 1 метра?
-------------------
Думаю что слепая зона вашего дальномера определяется не мощностью излучателя итд а длительностью импульса лазера .
Вы же не собираетесь летать над ровной бетонкой или утрамбованым черноземом ?(очень разное значение коф отражения ) И что Вы будете делать в тумане или когда идет дождь?Под летательным аппаратом постоянно будет менятся поверхность с разными коф отражения итд .
И если честно - лазерный дальномер - высотомер для самолета не самое хорошее средство измерения . Летающие апараты имеют три степени свободы и очень болтаются по ним . Луч будет постоянно скакать в разные стороны что очень усложнит измерения и результат измерений будет очень не точным . Или прийдется ставить как минимум три таких прибора и потом по их измерениям вычислять реальное значение высоты .
Чем Вас не устраивают стандартные высотомеры СВЧ или ульразвуковые ?

СВЧ уже существуют, ребята побывали на малых высотах не достаточная точность. Использоваться будет над : опыляемым полем, при посадке над: заснеженным полем или водной поверхностью... и др поверхностями где пилоту сложно на глаз определить высоту. Потом лазер не создаёт радио помех, проще с всякими запретительными органами...

Ультрозвуковой дальномер не работает, побывали записать отражённый сигнал с ультрозвукового микрофона всё в шумах.

Длительность импульса влияет на разрешающую способность по дальности... если бы мерить глубину речек и озёр , то нужен был бы короткий импульс, чтобы отражённый от поверхности и от дна отклики не слились. А здесь не важно...

1 идёт обратное расселение от атмосферы в ближней зоне, которое слепит фотоприёмник(первый импульс)...
2 электрическая наводка импульса напряжения в 15 вольт с лазерного диода на схемы фотоприёмника, минуя оптическую часть дальномера, в осциллограмма 0 метров(когда оптика была закрыта) это подтверждают...

Дальность определяется по формуле D = (c * t) / 2. Здесь с - скорость света, t - длительность импульса. Для дальности в 1 м имеем t = 2 * D / c = 2 / 3e8 = 6.66e-9 сек. Тоесть зондирующий импульс должен быть 6.66 наносекунды. Плюс фотоприемник должен иметь не худшее быстродействие.

D = (c * t) / 2 Это формула локации излучаемая метка должна пройти туда и обратно потом эту метку нужно обнаружить в принятом сигнале и по времени определить расстояние. Для РЛС работающих на одну антенну это верно, поскольку приемник во время передачи закрыт. Здесь приёмная и передающая антенны (линзы) разнесены и излучение попадает обратно только отразившись. Почему такой меткой не может быть фронт импульса или его максимум?

В данном случае меткой должен являться фронт принятого импульса. А приемнику хватит быстродействия для разрешения импульсов в единицы наносекунд?

Если по фронту то по какому уровню, энергия будет всё время разная? можно задержать импульс на время фронта, а потом подать на компаратор по 1/2 от макс. только усложняется аппаратура...

Таким образом устроенны лазерные локаторы спутников, там стоят неодимовые лазеры с модуляцией добротности, которые дают полтора метровый кусок света 532нм, а принимают на шустрый ФЭУ. получают сантиметровые точности.


В портативных, обычно пропускают сигнал через дифференцирующую цепочку, подают на компаратор и засекают переход через 0, таким образом смотрят мах. значение мощности на фотоприёмнике.

------------------------
Спутники это конечно хорошо . Спутник -лист белой бумаги на абсолютно ровной чорной стене. Если честно я не совсем понял что будет делать пилот самолета когда туман - дым или дождь со снегом над землей .
По поводу точности СВЧ- вот пожалуйста статейка http://archive.nbuv.gov.ua/portal/natural/...8_3/08-3-11.pdf
Там все в пределах нужных Вам . С диапазоном и помехами все без проблем . Диапазон абсолютно разрешонный с помехами тоже нет проблем .

Когда будет туман, дым или дождь пилот будет находиться на земле. Это разработка для опылителей и прочих любителей, не для военных, все погодность не требуется

У вас при полосе перестройки 500 МГц точность получается 0,3 метра. А какая максимальная дальность не по уголковому отражателю а по земле?

За ссылку спасибо, где то в Европе Это вы о родном Харькове?

---------------------------------------------
Вся неприятность в том что когда пилот взлетает погода прекрасная а вот когда заходит на посадку может быть все что угодно( дым и туман очень часто ну а мелкий дождь и тд ) .
Посадка самая опасная часть полета для любого пилота . И когда есть прибор в котором пилот уверен на все 100% - большой плюс .
Статья старенькая в Харькове ребята кажись пошли ещо дальше . Дальность определяется при каких условиях делать измерения . От воды будет поменьше от сухой земли - бетонки будет ого-го .
Диапазон 33 Ггц специфичный . Десятки метров( до 100 ) получите при любом раскладе . Генераторы на ДГ с автодином стоят очень не дорого и выпускаются промышленно готовыми модулями ну а "мозги " все равно собирались делать сами .
Таких ссылок можно ещо поискать есть куча НИИ которы по этим темам "варились" .
У меня родной не Харьков , значительно на северо запад .

Не хочу решать, за других делаю что просят... убеждать что один прибор хуже, а другой лучше не хочу... Достоинства и недостатки имеет любое техническое решение. Например старые высотомеры, которые работают в диапазоне 440МГц запрещают использовать поскольку они мешают работе наземной связи. Для радио высотомеров выделен частотный диапазон 4.2...4.4 ГГц. Кроме того что их все (или почти все) пере побывали и он не подходит для поставленной задачи. Для использования радиоальтиметров нужны лицензии и разрешения... С лазерным всё на проще.

В дождь и туман лазерный дальномер тоже работает (там даже есть режим RAIN). Если будет дождь и туман что вообще не чего не видно, то самолёт полетит на другой аэродром... Не нужно отклоняться от темы... давайте по делу...

Диапазон 10Ггц , 24Ггц ,33-36Ггц отведены для радиолюбителей институтов итд именно для подобных систем (охранные сигнализации , системы автоматики)не требуют ни каких документов если мощность до 0,5Вт ( надо уточнить но это очень и очень боьшая мощность ) .
У меня вкрадывается побозрение что Вам нужет не высотометр а именно лазерный и только который пытаетесь сделать методом обратного инженеринга .
Я пытался обяснинь почему этого делать не стоит но дело ваше. Могу обьяснить почему я этого делать не стал . Мне приходилось заниматся такой тематикой и работать с лазерными измерителями американских фирм (905нм )и кое что из алгоритмов мне стало понятно .
1. В подобных приборах очень важно чтобы "цель" при измерении была неподвижной какое то время . ( Даже для лазерных измерителей скорости ) .
Причина проста для надежной работы на входе стоит лавинный диод с одуренным диапазоном чувствительности и прибор "пристреливается " для получения хорошего сигнала . Ему нужно сделать несколько имульсов для того чтобы выставить нужное напряжение на диоде и получить несколько хороших замеров .
2. Эти приборы действительно работают при "плохой " погоде . Только посмотрите как при этом изменяются параметры измерений . Если при нормальной погоде 1200 м мах дальность при плохой 60 м !!!!И это при измерении неподвижной цели !!!
А в сильный дождь и туман при темературе -10 С не работает совсем ! Лазерный дальномер прибор очень хороший и точный но попробуйте в движении его использовать --- совершенно невозможно (тряска и колебания точки прицеливания ) . (это же не военный прибор там все делатся по другому) .
И если даже удастся сделать прибор прийдется кажды раз покупать дальномер расковыривать ( доставать изюм из булочки ) .
И переделывать под себя . И как только производитель что то изменит важное в конструкции прибора все начинать сначала ?

Самоделкин

Радио дальномер не совсем понятно что мерит, если это поверхность воды или влажная земля то его показания будут довольно точны. Если земля сухая или снег? от чего будет происходить отражение радиоволн? от водоносного слоя, который на глубине нескольких метров, для высоты 200 это не так важно, а для высоты 2 метра важно.

Ковырять изюм из булочек не очень хочется, хотелось максимально уйти от светофильтров, линзочек и прочей оптики. Если будет интерес к приборам, закажем оптику, светофильтры, и прочие компоненты.

Ещё хотелось попробовать использовать синий лазерный диод и ФЭУ.

По напряжению подаваемому на лавинный фотодиод тоже заметил, когда пытался его померить. Вовремя измерения дальности оно скачет, по окончанию замера оно снимается.

Чтобы избавится от слепой зоны в 15 метров поставлю дополнительный фотодиод(возможно без оптики) типа SFH 213 FA и канал обработки, который будет работать в диапазоне дальности от 0 до 15 метров.

--------------------------
Диапазон 24 и 33-36Ггц очень поглощаются водой . Поэтому как раз будет показывать то что нужно только уровень сигнала будет ниже .
У Вас в Томске есть производитель готовых модулей . И проблем с оптикой итд не будет .
НО и 905нм от воды почти не отражается !!! Мокрая трава итд будет очень сильно глушить сигнал и теплицы итд совсе будет показывать расстояние до земли в отличии от СВЧ там будет сигнал до поверхности стекла . Без полосового фильтра диод на входе будет перегружен разными помехами - солнечными зайчиками . У лавинного диода диапазон и по уровню и по спектру - будь здоров . от 650нм до 1200 нм где то . В дальномерах стоит фильтр 905нм +-20нм . Все остальное - темная ночь - типа такого
http://www.ebay.com/itm/Optical-Interferen...=item23120c4c78

А вчем прикол ставить ФЭУ ? по размерам меньше ? :-) Лавинный диод очень устойчив к перегрузкам ускорениям перепадам температур итд . А про ФЭУ Вы сможете такое сказать (все таки вакуумный прибор - лампа ) ? Устойвость к воздействию радиации думаю не нужна ? :-)

Самоделкин Быстродействие ФЭУ не зависит от площади фотоприёмной площадки, внутреннее усиление 10^6, стробируется проще.

------------------------
Если честно ,мне не совсем понятно направление Ваших работ .
Про быстродействие ФЭУ я ничего не писал . По идее ріn диода будет достаточно ,только лавинный имеет больше диапазон по чувствительности . Я сталкивался с некоторым количеством лазерных измерителей расстояния и скорости и ФЭУ там небыло . Лазерные приборы сами по себе упаковывают в паролоновые кофры для защиты от тряски итд . ФЭУ кроме того что большая по габаритам так еще и очень "нежный прибор" .

Самоделкин сейчас программа минимум заставить дальномер, при помощи других мозгов, работать без пристрелки и выдавать точные значения дальности.

Я даже не представляю как такое можно сделать . Мне таким образом работающие приборы не известны .

А как - вкратце ?

Самоделкин поделитесь опытом...

Так, стоп-стоп, уважаемый, фраза "Фазовый метод не подходит поскольку дальность постоянно меняется" меня просто убила. А как же тогда все РВ малых высот работают? Вы просто для меня открытие сделали!

Имеет, да и что с того? Кто вам мешает (опять же как в РВ малых высот) устроить частотную модуляцию излучения? Соотвественно у вас будет режим "приём на фоне излучения", но частота отражённого сигнала будет сдвинута относительно излучённого. Короче... почитайте теорию РВ!

Первая мысль которая пришла сделать по принципу радиовысотомера малых высот, только лазерные указки работающие по этому принципу не дают дальности более 100м. если высота будет скакать, +1м то её тоже не удастся померить...

Насчет высоты не скажу, такой задачи не ставилось, но в качестве лазерного дальномера на небольшие дистанции для роботележки использовалась достаточно простая схема - видеокамера и лазер. вкратце - луч лазера имеет угловое смещение от оптической оси камеры, контроллер отслеживал перемещение точки и вычислял расстояние, математика элементарная - прямоугольный треугольник для постоянного контроля на малой высоте, имхо, подойдет.
свою документацию, к сожалению, привести не могу, передана заказчику но в нете по запросу "лазерный дальномер" найдется с полпинка
опять же, имхо, для малых расстояний и больших измерители могут быть разными, есть ли смысл - из пушки-то по воробьям?

А если отойти от привычных схем измерения высоты? Например, для малых высот можно воспользоваться такой схемой. Есть 4 источника лазерного излучения, которые светят вниз, но под разными углами относительно отвеса к земле. Лучи образуют на земле 4 точки - вершины квадрата. Для измерения высоты в таком случае можно воспользоваться фотоматрицей. Вычислив положение точек на матрице можно, зная параметры оптической схемы, определить и высоту.

проще, проще, зачем так усложнять... http://roboforum.ru/forum4/topic2001.html принцип и математика давно известны