● 摘要
激光测距仪因其体积小、测程远、精度高、操作简便、抗电磁干扰能力强而得到广泛应用。为保证激光测距仪的精度和可靠性，需要合理、高效的方法对其做定期检定。传统的野外基线场法需要占用大量土地资源，且检定受到大气条件等环境因素的限制和影响，扩展长度成本高。因此研究高效、方便的室内检定方法意义非常重大。对此，本文提出建立室内光纤长基线的方法，利用光纤直径小、透光谱段宽、传输损耗低的优点，将野外基线引入到室内。由于光纤可缠绕，光路传输灵活，扩展基线长度也更加简便。本文对建立室内光纤基线的方法进行了研究论证，主要研究内容及成果如下：1、针对现有的激光测距仪标定方法的不足，提出在室内建立光纤长基线标定测距仪的方法，阐述了其基本模型。研究了全光纤干涉法测量光纤实际长度，给出了附加光程的计算方法，分析了光纤基线的精度。2、研究室内光纤基线的建立，确定了光源及光纤参数，提出了利用聚焦透镜与锥形透镜光纤组合的耦合方式，使用ZEMAX仿真耦合系统，分析设计了光纤参数，该耦合方式理论最大耦合效率可达86.4%。通过设计接收透镜及窄带滤波片，消除了背景杂散光等对激光测距仪测量结果的影响。3、建立了激光器到光纤的耦合平台，分析了光纤未对准误差及光纤弯曲对耦合系统的影响，在1dB的耦合损耗下求出了其失调容差；分析了温度、波长变化、光纤色散等因素对测量结果的影响，并给出优化方法。4、设计了室内光纤基线高精度实验方案，进行对比实验，得到稳定的测量结果，重复性误差小于2mm。对耦合效率、温度、波长、色散等因素的影响进行验证分析，给出了不确定度评定。与现有的室内标定方法相比，本文提出的方法具有更高的精度和稳定性，易于操作。