[發(fā)明專利]一種高精度、低功耗激光測距的方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910138155.0
• 申請日: 2009-04-29
• 公開（公告）號: CN101655563A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范益群;金天;鄭國軍;劉崇求
• 申請（專利權(quán)）人: 金華市藍海光電技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 王鑫康

1.一種高精度、低功耗的激光測距方法，包括一種高精度激光測距信 號處理方法以及測距裝置系統(tǒng)低功耗配置方法；

所述高精度激光測距信號處理方法，它包括：

(一)回波光信號的時間分集接收處理，包括：

(1)激光測距脈沖采用時間分集組發(fā)射；一組激光測距脈沖為若干個 相同周期的脈沖；

(2)一次測量采用多個激光測距脈沖組受控組合發(fā)射；一次測量的多 個激光測距脈沖組實現(xiàn)一種測距功能或分組實現(xiàn)多種測距功能；

(3)每組發(fā)射后對接收回路輸入端按時控時間實行屏蔽；

(4)每一組回波光脈沖信號都完成第一級時間分集接收，實現(xiàn)相近值 分集處理；對每組激光測距相近值個數(shù)作滿足大數(shù)分集條件處理，不滿足 條件判一組測距無效；

(5)用多組回波光信號完成第二級時間分集接收處理，實現(xiàn)有效值分 集處理；對一次測量的多組激光測距有效值個數(shù)作滿足大數(shù)分集條件處理， 不滿足條件并超時判為一次測量無效；

(6)一次測量的測距時間超過時限，則結(jié)束一次測量；否則繼續(xù)測量；

(7)一次有效測量結(jié)束，對時間分集測距有效值實現(xiàn)平滑處理，通過 智能判斷獲得高精度測距值；

(8)輸出一次測距數(shù)據(jù)，在顯示器作數(shù)字顯示；

(二)距離模式自動切換處理，包括：

(1)將最大測距區(qū)域劃分為a個測距模式：距離A₁～距離A_a，正整 數(shù)a取值范圍為4～6；

(2)定義一組發(fā)射的激光測距脈沖組，它包含測距脈沖個數(shù)為M_D， M_D＝a×M_I，正整數(shù)M_I取值范圍為4～12；

(3)將一個發(fā)射激光測距脈沖組均分為a個小組，按測距模式排列依 序發(fā)射；

(4)將激光發(fā)射驅(qū)動器的驅(qū)動電流分為a個擋，按測距模式依序線性 增大；

(5)在每個測距模式對應(yīng)區(qū)域的前區(qū)對激光回波信號接收回路采用時 控，以屏蔽自測距脈沖發(fā)射瞬間至?xí)r控時間噪聲信號，對激光回波信號接 收回路按a個測距模式的時控時間T_C實行依序等比遞增，從T_C(1)＝bA1 至T_C(a)＝bAa，b為時控系數(shù)，b取值范圍為0.2～0.4；

(6)發(fā)射一個包含測距脈沖個數(shù)為M_D的激光測距脈沖組進行測距；

(7)通過發(fā)射和接收一組測距脈沖，智能判斷被測目標(biāo)物所處于的距 離模式；

(8)確定距離模式，為轉(zhuǎn)入時間分集的精確測距提供確定的距離模式；

(三)接收靈敏度控制，包括：

(1)設(shè)定a個不同的測距區(qū)域：A₁～Aa；

(2)設(shè)定a個不同的回波質(zhì)量參數(shù)即脈寬參考值：Q₁～Qa；

(3)發(fā)射一組激光測距脈沖，該組激光測距脈沖等分為a個小組，兩 個激光測距脈沖小組間留有合理的處理時間間隔；設(shè)定a個比較器參考電 壓值V1～Va；

(4)調(diào)用距離模式自動切換子程序處理，通過發(fā)射一個激光測距脈沖 組測距，確定測距模式，同時以相應(yīng)的回波質(zhì)量參數(shù)Q(a)為靈敏度調(diào)整初 始值；接收一組激光測距回波脈沖，測量回波脈沖信號脈寬W_I；測量回波 脈寬值并判斷是否小于相對應(yīng)脈寬參考值；另一方法是在確定的距離模式 下再發(fā)射一組激光測距脈沖，測量回波脈寬值并判斷是否小于相對應(yīng)脈寬 參考值；

(5)若測量回波脈寬W_I＞相對應(yīng)脈寬參考值Q(a)；則通過調(diào)整比較 器參考電壓來實現(xiàn)靈敏度調(diào)整；

(6)若判斷回波脈寬≤相對應(yīng)脈寬參考值Q(a)，則保持比較器參考電 壓，不作靈敏度調(diào)整；

(7)在調(diào)整的靈敏度下，完成多組激光測距脈沖的精確測距；

(四)防抖動處理，包括：

(1)初始化，基于時間分集接收處理設(shè)定的測距參數(shù)：測距脈沖個數(shù) I_D、第一級時間分集組接收的距離相近值個數(shù)D、第二級時間分集多組接收 的距離有效值個數(shù)E、距離分辨率值R1、一次測量距離限定時間Tn、有效 測距激光脈沖組數(shù)m、測距品質(zhì)參數(shù)Qm以及測距防抖參數(shù)S，S取值范圍 為1～5；

(2)發(fā)射一組激光測距脈沖，測距脈沖個數(shù)為I_D，基于回波光信號的 時間分集接收處理，接收和處理得到的I_D個測距數(shù)據(jù)，存入數(shù)組Result1；

(3)一次測距采用多個激光測距脈沖組受控組合發(fā)射；

(4)每一組回波光信號實現(xiàn)第一級時間分集接收，實現(xiàn)相近值分集處 理，相近值取決于測距防抖參數(shù)S與測距品質(zhì)參數(shù)Q_m的乘積值D’_A， D’_A＝SQ_m；

(5)用多組回波光信號實現(xiàn)第二級時間分集接收處理，實現(xiàn)有效值分 集處理；

(6)當(dāng)激光測距有效值個數(shù)滿足大數(shù)分集處理條件，控制結(jié)束一次測 距組合發(fā)射，對時間分集測距有效值實現(xiàn)平滑處理，通過智能判斷獲得相 對高精度測距值；

(7)如果一次測量的測距時間＞Tn為超時，發(fā)出重新測量提示；

(8)自動復(fù)位，等待下一次測距；

所述一種測距裝置系統(tǒng)低功耗配置方法，它包括：

(1)改進激光發(fā)射驅(qū)動電路，采用高速開關(guān)構(gòu)成高速開關(guān)回路，降低 激光發(fā)射驅(qū)動電路的驅(qū)動電壓；

(2)選用低偏置電壓的光電二極管作為光接收器，降低偏置電壓的光 接收器有利于減小功耗；光電二極管采用PIN；

(3)采用高轉(zhuǎn)換效率的DC-DC電源，其轉(zhuǎn)換效率優(yōu)于直流穩(wěn)壓器電 源，減少了穩(wěn)壓帶來的能源損耗；

(4)高精度時間間隔計量單元選用低功耗的CPLD時間間隔計量器件；

(5)采用距離模式自動切換和接收靈敏度控制，通過發(fā)射和接收一組 測距脈沖智能判定被測目標(biāo)物所處的距離模式，合理控制驅(qū)動功率，有利 于節(jié)省功耗；

(6)采用時間分集接收處理以及測距防抖處理，提高測距精度，減少 因抖動而重復(fù)測距的次數(shù)，直接節(jié)省測距功耗。