概述
測距光學系統由於雷射與其它光源相比，具備如下特點：探測距離遠測距精度高，抗干擾性強，保密性好，體積小，重量輕，故光學系統測距經常採用雷射。雷射測距是通過測量雷射光束在待測距離上往返傳播的時間來換算出距離的，其換算公式為： 。
雷射測距儀的分類
雷射測距儀的分類：雷射測距不同於雷射測長，它的測量距離要大得多，按照測量距離可分為下述三類：
1、短程雷射測距儀，它的測程僅在五公里以內，適用於各種工程測量；
2、中長程雷射測距儀，測程為五至幾十公里，適用於大地控制測量和地震預報等；
3、遠程雷射測距儀，它用於測量飛彈、人造衛星、月球等空間目標的距離；
雷射測距是通過測量雷射光束在待測距離上往返傳播的時間來換算出距離的，其換算公式為：
測距光學系統測距方法
脈衝測距法
測距儀發出光脈衝，經被測目標反射後，光脈衝回到測距儀接收系統，測量其發射和接收光脈衝的時間間隔，即光脈衝在待測距離上的往返傳播時間t。脈衝法測距精度大多為米的量級。
相位測距法
它是通過測量連續調製的光波在待測距離上往返傳播所發生的相位變化，間接測量時間t。這種方法測量精度較高，因而在大地和工程測量中得到了廣泛的套用。
脈衝雷射測距
定義
由雷射器對被測目標發射一個光脈衝，然後接收系統接收目標反射回來的光脈衝，通過測量光脈衝往返的時間來算出目標的距離：
測距光學系統測程遠，精度與雷射脈寬有關，普通的納秒雷射測距精度在米的量級。
t 的測量：在確定時間起始點之間用時鐘脈衝填充計數。
測距光學系統雷射脈衝測距儀的簡化結構如下圖所示：
雷射脈衝測距儀的簡化結構測距儀對光脈衝的要求
（1）光脈衝應具有足夠的強度；
（2）光脈衝的方向性要好；
（3）光脈衝的單色性要好；
（4）光脈衝的寬度要窄；
（5）用於雷射測距的雷射器：紅寶石雷射器、釹玻璃雷射器、二氧化碳雷射器、半導體雷射器。
連續雷射相位測距
採用無線電波段的頻率對雷射束進行幅度調製並測定調製光往返一次所產生的相位延遲，再根據調製光的波長，換算此相位延遲所代表的距離，即用間接方法測定出光經往返所需的時間。
測距光學系統
測距光學系統衛星雷射測距
作為雷射測距套用的最重要成果之一 ——衛星雷射測距SatelliteLaser Ranging ,簡稱為 SLR）技術起源於二十世紀六十年代，是目前單次測距精度最高的衛星觀測技術，其測距精度已達到毫米量級，對衛星的測軌精度可達到1-3 cm。
衛星雷射測距技術集光機電於一身,涉及計算機軟、硬體技術,光學、雷射學、大地測量學、機械學、電子學、天文學、自動控制學、電子通訊等多種學科。因此SLR測距儀系統十分複雜,消耗較大,故障率較高,同時受天氣因素制約,維護起來也比較困難,需要花費較大的人力物力,但它又是目前精度最高的絕對觀測技術手段。
1.衛星雷射測距系統：
衛星雷射測距系統按照各部分用途大致分為：雷射發射、雷射接收、信息處理和信息傳輸四大部分。
（1）雷射發射部分的作用是產生峰值功率高，光束髮散角小的脈衝雷射，使其經過發射光學系統進一步準直後，射向所測衛星。
（2）雷射接收部分是接收從被測衛星反射回來的微弱雷射脈衝信號，經接收光學系統聚焦後，照在光電探測器的光敏面上，使光信號轉變為電信號並經過放大。
（3）信息處理部分的主要作用是進行衛星測站預報，跟蹤衛星，測量雷射脈衝從測距系統到被測衛星往返一次的時間間隔t，並準確顯示和記錄在計算機硬碟上，再由人工或自動方式形成標準格式。
（4）信息傳輸部分的作用是通過通訊網路接收軌道預報參數和其它指令（下傳），上傳觀測結果所形成的標準格式數據等。
2.衛星雷射測距系統組成：
衛星雷射測距系統功能分為七大分系統：
（1）望遠鏡轉台分系統
（2）雷射器分系統
（3）光電接收分系統
（4）伺服驅動控制分系統
（5）測距控制分系統
（6）微光導星分系統
（7）軟體分系統
3.測距精度與雷射脈寬：
測距精度是由於雷射脈衝前後沿時間差造成的；因此雷射脈衝寬度影響測距精度：
測距光學系統4.衛星雷射測距主要指標與雷射器分系統的關係：
（1）測距精度—雷射脈寬；
（2）測程（近地星、遠地星）—雷射能量、發散角；
（3）回波率—雷射能量、發散角、雷射脈衝重複頻率。
5.測距誤差分析：
（1）測距系統儀器誤差
–雷射脈衝寬度誤差
–時間間隔測量誤差
–主波計時探測誤差
–回波計時探測誤差
–時鐘同步誤差
–時鐘頻率標準誤差
（2）衛星反射器誤差
–反射器質心修正值誤差
（3）系統延遲測量誤差
–地靶距離標定誤差
–地靶常規標校測量誤差
（4）氣象參數採集和大氣修正模型誤差
6.衛星雷射測距套用
衛星雷射測距（SatelliteLaser Ranging：SLR）是隨著現代雷射、光電子學、計算機和空間科學發展而建立起來的一門嶄新觀測技術。由於它具有獨特的測距方式和較高的測量精度,已在地學領域廣泛套用。目前,其觀測資料已可用於地球物理學、地球動力學、大地測量學、天文學和地震預報等多種學科。
相位式雷射測距儀
相位式雷射測距儀是用無線電波段的頻率，對雷射束進行幅度調製並測定調製光往返測線一次所產生的相位延遲，再根據調製光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經往返測線所需的時間，如圖所示。
相位式雷射測距儀一般套用在精密測距中。由於其精度高，一般為毫米級，為了有效的反射信號，並使測定的目標限制在與儀器精度相稱的某一特定點上，對這種測距儀都配置了被稱為合作目標的反射鏡。
若調製光角頻率為ω，在待測量距離D上往返一次產生的相位延遲為φ，則對應時間t 可表示為：
測距光學系統將此關係代入距離D可表示為
D=1/2ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+)
式中：
φ——信號往返測線一次產生的總的相位延遲。
ω——調製信號的角頻率，ω=2πf。
U——單位長度，數值等於1/4調製波長
N——測線所包含調製半波長個數。
Δφ——信號往返測線一次產生相位延遲不足π部分。
ΔN——測線所包含調製波不足半波長的小數部分。
ΔN=φ/ω
在給定調製和標準大氣條件下，頻率c/(4πf)是一個常數，此時距離的測量變成了測線所包含半波長個數的測量和不足半波長的小數部分的測量即測N或φ，由於近代精密機械加工技術和無線電測相技術的發展，已使φ的測量達到很高的精度。
為了測得不足π的相角φ，可以通過不同的方法來進行測量，通常套用最多的是延遲測相和數字測相，目前短程雷射測距儀均採用數字測相原理來求得φ。
由上所述一般情況下相位式雷射測距儀使用連續發射帶調製信號的雷射束，為了獲得測距高精度還需配置合作目標，而目前推出的手持式雷射測距儀是脈衝式雷射測距儀中又一新型測距儀，它不僅體積小、重量輕，還採用數字測相脈衝展寬細分技術，無需合作目標即可達到毫米級精度，測程已經超過100m，且能快速準確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測量、房屋建築面積測量中最新型的長度計量標準器具。現套用最多的是leica公司生產的DISTO系列手持式雷射測距儀。
使用注意事項：
DISTO及其他手持式雷射測距儀，由於採用雷射進行距離測量，而脈衝雷射束是能量非常集中的單色光源，所以在使用時不要用眼對準發射口直視，也不要用瞄準望遠鏡觀察光滑反射面，以免傷害人的眼睛。一定要按儀器說明書中安全操作規範進行測量。野外測量時不可將儀器發射口直接對準太陽以免燒壞儀器光敏元件。
