1.2.2　激光调制绝对测距

光干涉测距的精度更高，但是其无模糊距离仅为二分之一波长，尤其在大尺寸测量等应用中，光波长与待测距离相比太短了，无法实现绝对测距。为了解决这一问题，通过在连续光激光器上外加射频频率的振幅、偏振调制等办法，合成毫米波、厘米波等波段的波长，可有效拓展无模糊距离，实现绝对测距[6]。

在单频激光器上外加兆赫量级的振幅调制，通过检测接收信号与发射信号之间的相位差，获得目标距离，测量的无模糊距离为米量级，测量分辨力取决于电子学相位计的鉴相精度。

将测距过程展开，相位调制测距原理如图‎1-7所示。A点是光波发射点，B点是待测地点，C点是光波接收点（A与Ｃ在同一点）；R是待测距离，也是光波从B返回C的距离；λ是调制光波的波长；Φ是调制光波往返一次所产生的相位差。调制光波从A点发射然后在B点反射回C点，此图是光波在待测距离上往返一次所经路径的展开图。对比接收信号与发射信号的相位差Δφ解算半波长的分数倍距离，半波长的整数倍由粗测方法获得。德国Z+F公司的IMAGER 5300型三维激光扫描仪就是基于激光振幅调制技术实现绝对测距的，进而通过光束扫描获得目标的三维点云。其相位计的分辨力约为0.5°，测距的分辨力约为5 mm。

图1-7　相位调制测距原理

振幅调制技术的测量不确定度受激光回波功率稳定性的影响很大，而偏振调制的激光测距可以解决这一问题，其实验装置如图1-8（a）所示。单频激光器输出的线偏振光经过偏振分束器后进入电光调制器，旋转偏振分束器，使得激光以45°角的偏振态入射至电光晶体，只沿y轴方向施加正弦调制电压，从而在y轴方向产生相位延迟，使得出射光的偏振态随着调制电压幅度而周期变化，如图1-8（b）所示。从电光晶体出射的激光经过1/4波片后被目标反射，再次经过1/4波片，回到电光晶体进行第二次相位调制。注意，此时的外加调制信号的相位增加了Δφ，由目标的飞行时间决定。经过二次相位调制的激光分量和未经调制的分量在偏振分束器上发生干涉，利用琼斯矩阵计算，可以得出经过光电探测器后产生的与Δφ成比例的电压信号

（1-4）

这里，E0为光电场振幅。进而采用与幅度调制相同的原理解算脉冲飞行时间，测距的无模糊距离由正弦调制信号的周期决定。

虽然偏振调制的原理和振幅调制类似，仅仅通过改变调制的方式，使得二者在大尺度环境中抗干扰性能完全不同。偏振调制的激光测距对长距离和环境干扰都不敏感，德国莱卡公司的激光跟踪仪中的绝对测距模块采用了偏振调制技术，在50 m的量程内能够获得50 μm的测量精密度。

图1-8　偏振调制测距原理