微波测距与光学测距：探索前沿测量技术
微波测距与光学测距：探索前沿测量技术
在现代工业生产中，高精度长量程的测量需求推动了光学测距和微波测距技术的发展。本文将重点介绍微波测距技术的分类、原理及应用，通过多个研究实例展示其在不同场景下的应用效果。
距离测量方法按照测量介质可以分为机械测距、光学测距和微波测距。机械测距是使用游标卡尺、螺旋测微计等仪器进行，这种方法测量手段直观、误差来源明确，但测量上线较短。随着工业生产对于高精度长量程的需求，光学测距和微波测距开始成为主流的测距方式。
微波（从300MHz到300GHz）理论和技术被广泛应用于民用和国防。微波按照发射信号的不同，可以分为单频微波测距和宽带微波测距。单频微波测距广泛应用于高精度位移的测量，按照载波的种类不同，单频微波测距可以分为载波相位测距和伪码测距。载波相位测量一般可以达到毫米级精度，伪码测距是以发射扩频调制信号为主的一种测距方法，利用伪随机码信号经过待测目标的往返距离后对应的码片偏移量n来进行距离测量，精度的高低取决于接收信号的信噪比和码片的选择，一般来说，测量长度长，但是精度较差，在2023年，刘宁等人采用精密扩频测距方法，测量378.45m的长度，误差为4cm[a1] 。
宽带载波测距是近些年比较热门的测距方式，主要应用于车载雷达，适用于短距离移动物体的测距，2019年，张静在0~150m的范围内，采用77GHz的FMCW雷达测距，估计距离的方差小于10cm[a2] ；2019年，在Scherhaufl论文中，采用FMCW雷达测量，在5.2m的范围内实现4.5微米的精度[a3] ，2022年，Scherhaufl解决硬件缺陷、进行参数估计和自由空间路径损耗等的计算，将4.8m范围内的测量精度提高到10微米[a4] 。
光学测距技术主要包括激光测距和红外测距。激光测距利用激光的高方向性和高单色性，通过测量激光往返目标的时间来计算距离，精度高且测量范围广。红外测距则利用红外线的特性，通过测量红外线往返目标的时间或强度变化来计算距离，成本较低但精度相对较低。
在实际应用中，微波测距和光学测距各有优势。微波测距具有较强的穿透能力，适用于恶劣环境下的测量；光学测距则具有更高的精度，适用于需要高精度测量的场景。随着技术的发展，这两种测距方式也在不断融合，以实现更优的测量效果。