激光测距仪的工作原理
作者:管理员    发布于:2018-09-13 19:37:35    文字:【】【】【

       通过了解激光测距仪的工作原理,将有助于你能够在野外更熟练地使用它们。这篇文章应该为你提供基本的相关知识。

 

       激光测距仪(LRF)都使用相同的基本原理概念。测距仪,按压测距仪的按钮后,发射激光束。这些光束从远处的目标体上以后反射回来,测距仪内置的高速时钟测量的光束从射出到反射回来总时间。因为我们知道如何快速的光束的速度(即:光速)就可以利用这段时间差值测量计算距离,然后在测距仪的屏幕上显示目标到用户的距离。

       尽管激光测距仪都按着相同的模式来工作,但是在细节实现方面仍有很大的革新空间。我们回顾了8种常用于狩猎和远程射击的顶级激光测距仪,并对它们的性能有多大差异感到震惊。

 

       测距性能取决于许多因素,但在使用测距仪进行远程射击或狩猎时,它们之间存在极大的差异。在这篇文章中,我将更详细地讨论这些问题。特别感谢迈克在VECRTRONIX上与我交谈,并把这么多的想法放在这个列表中。

发现目标的能力——这意味着测距仪上的望远镜要具有适当放大倍率的高质量光学品质。如果你找不到目标,你就不能对准它。大多数射击运动员选择8倍或10倍的放大倍率。在对测距仪进行实地测试时,我们用5倍放大率搜索了一个区域,以为已经找到了所有的目标。然而,在再次利用10倍放大倍率搜索后,我们立即看到了一个新目标。但正如我在其他帖子中提到的,很多时候真正好的玻璃有时可以弥补放大倍数的不足。使用一个45 x徕卡观察镜,可以让我比所谓60倍的杂牌的观察镜更容易更快看到一个2000码的目标。重点就是高质量玻璃。

适当的放大倍率和优秀的光学玻璃,这两者,你不能完全忽略一个或另一个。

在目标上获得足够多“激光量”的能力——这与激光束发散度有很大关系,光束发散是对光束如何“聚焦”程度的一种描述。在一个非常“细”的光束或更大的“发散度”的光束之间有一些折衷,我们稍后将在本文中讨论。在类型、波长和锐度方面,发射的激光脉冲的质量也可能存在差异……尽管这些东西可能很难量化。

接收器(用来接收激光返回光束)孔径的尺寸——这是接收器光学元件上的开口尺寸,用于获得返回读数并将其发送到实际传感器。一个尺寸较大接收器可以对每个接收单元能够捕捉到多少返回数据将产生巨大影响,大尺寸的接收器将使每个接收单元能在更在远更大距离上执行接收更多的数据量,同时大尺寸接收器可以在较近距离上提升更加精细的激光束分辨解析率,从而提升测量的精度。

解算单元如何作数据分析,和分析的结果——测距仪一旦接收到读数,对于如何解读读数的方式,不同型号之间存在很多差异,有些型号则比其他的型号更聪明。

老型号的测距仪只显示返回到该仪器的第一次(单次)读数,但是许多现代的测距仪使用“多脉冲技术”。这种方法在极短的时间内发出数百甚至数千个小的激光脉冲。

然后,它收集大量样本的读数,再分析这些结果,以识别/忽略异常值(如雨刷器、雾、雨),并确定您打算更确定的读数。发射更多的光束也有助于你获得一个小的和/或不反射的目标的读数。

在这里需要说明的是:多脉冲技术,并不是多脉冲发射。多脉冲激光,要和大样本联合分析相结合,市场上一些低端产品,虽然也可以发射脉冲激光,但是计算方式仍是以单一样本来计。所以并不准确。

低端产品的所谓脉冲,主要是可以作到持续的读数:即手按着发射器不放,可以在屏幕上实际显示距离,但是这种并不是大量分析后的结果,而是每发射一次显示的单次结果。

用于确定向用户显示什么的逻辑和算法可以对测距仪执行的好坏产生重大影响。当然,测距仪的逻辑算法则取决于产品开发过程中设计水平和企业的生产开发能力。

光束发散——在目标上获得激光能量的能力

光束发散,也称为光束散布,是对激光束“聚焦”程度的角度测量(通常以Mil计)。在大多数情况下,较小的光束发散提供更大的测距精度和更大的最大距离。对于具有相似质量的测距仪,激光射束发散程度可以作为测距性能的主要指标。如果你能将100%的激光能量聚焦在目标上,你就有更好的机会从目标上获得多个读数。然而,如果测距仪在分析读数方面很俱“智慧”,它可以弥补不理想的光束发散……因此,与通常的看法相反,光束发散不是唯一要考虑的因素。

 

 

为了理解光束发散,想像一下两枝布腔在1000码外射击,其中一枝步枪100码平均散布圆为2.5英寸;而另一枝100码处则只有1/2英寸的平均散布。那么哪枝布腔在1000码处更有胜算可想而知。

现在你试图击中一个在300码处12英寸直径的靶子,任何布腔都是没问题的,但是当射距增加(或目标尺寸缩小)时,较小发散布的激光束就成为关键。

在激光束发散布相同的前提下,如果你对准的目标是500码以内的大目标(如鹿),那么当然没必要担心光束问题。但是如果在这个距离上的目标物是较小的,那么激光束过于发散就行了。此时,越小的激光束就越方便(见下图)。

 

我个人听说的激光束发散度最的高的,居然达到4×2Mil,而我也测试的一个军用级的型号,是在0.3Mil以下,所以不同厂家的测距仪都存在很多差异。所以上图中的那张图,可以看得出在1000码的范围内,不同的光束发散差别是有多大。

在图中,最理想的发散布是500码处的鹿,1000码处的次之,1500码处的就不太理想了,因为有不少光束散到了鹿外面的目标体上,无法形成有效的覆盖,反而易产生无效数据。

一个发散夹角极小的激光有时也许是个缺点:如果你正在尝试立即对远处的目标进行测距,正好你没有三脚架来作稳定的支撑。

在那种情况下,由于不能稳定的将测距仪保证处于一个稳定的状态,将会引起轻微的晃动-----使得用“聚焦良好”的光束精确地击中目标反而变得困难。

另一方面,如果你的射束发散度更大,即使有些摇摆,反而可以让你更容易地瞄准目标,然后依靠测距仪的“AI智能”来确定你打算在那个更大的窗口内进行什么测距。这个取决于测距仪内部的逻辑设计程序。

我曾经和Vectronix公司的一位代表谈过这个问题,我们都认同一个观点:对于500到2000码范围内的目标,光束发散度在1.5x 0.5Mil左右可能是理想的,尽管这不是硬性规定。

 

影响测量范围的因素

影响测距仪性能的因素有很多,包括目标特性、大气条件和测距仪支持,这些因素都在制约着特定场景下测距仪是否发挥最大有效测量范围。

下面是VECRTRONIX提供的一个非常有用的图表,里面分项的说明了这些因素各是什么:

当测距仪制造商广告说测距仪的最大测量距离为1000码或1英里时,通常可以将其“翻译”为“有可能”在那个距离上获得这种读数,而且还只有在绝对理想的条件下才行(例如,低光干扰、三脚架稳定支撑、非常大的反射目标)才有可能获得读数。根据我的经验,在大多数白天条件下(明亮的光线),在2MOA反射目标上通常只能读出广告标称中最大距离的70-80%。

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