[發(fā)明專利]一種利用高重頻脈沖激光器累計(jì)脈沖自動(dòng)測(cè)距的方法及使用該方法的測(cè)距儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010504874.2
• 申請(qǐng)日: 2010-10-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102033231A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張超岳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東神戎電子股份有限公司
• 主分類號(hào): G01S17/10
• 分類號(hào): G01S17/10
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 閆曉燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用高重頻脈沖激光器累計(jì)脈沖自動(dòng)測(cè)距的方法及使用該方法的測(cè)距儀。?

背景技術(shù)

遠(yuǎn)距離激光測(cè)距儀通常都采用脈沖法，由發(fā)射機(jī)發(fā)射一個(gè)納秒級(jí)高功率激光脈沖，接收機(jī)接收回波脈沖，計(jì)時(shí)系統(tǒng)計(jì)算激光脈沖從發(fā)射到返回的時(shí)間，然后根據(jù)激光飛行時(shí)間t和光速c計(jì)算出距離L，即L＝ct/2。脈沖法激光測(cè)距發(fā)展相對(duì)成熟，一般遠(yuǎn)距離采用調(diào)Q固體激光器，發(fā)射激光峰值功率在上百萬(wàn)瓦以上，脈沖能量達(dá)到幾個(gè)毫焦至幾十毫焦，由于功率很高，所以連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用對(duì)激光晶體損傷很大，所以調(diào)Q固體激光器很難做到高重頻和連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，而且壽命受晶體和泵源的限制。由于采用激光晶體和光學(xué)系統(tǒng)調(diào)Q儲(chǔ)能，整個(gè)系統(tǒng)電光轉(zhuǎn)換效率通常很低，有效的激光脈沖能量其實(shí)很少。使用半導(dǎo)體激光器的脈沖激光測(cè)距機(jī)雖然沒(méi)有上述問(wèn)題，但由于目前脈沖半導(dǎo)體激光器的峰值功率最高在通常在幾百瓦至千瓦量級(jí)，只適合千米以內(nèi)的激光測(cè)距。?

而相位法激光測(cè)距機(jī)通常需要較強(qiáng)的反射波，遠(yuǎn)距離工作時(shí)都會(huì)需要在目標(biāo)處放置反光鏡等合作目標(biāo)，限制了其應(yīng)用范圍。?

近年來(lái)高重頻的脈沖光纖激光器的發(fā)展迅速，具有效率高、工作壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定可靠、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但目前光纖激光器的脈沖峰值功率在幾千瓦至幾十千瓦以內(nèi)，單脈沖能量只有幾個(gè)微焦至上百個(gè)微焦，很難用單個(gè)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離激光測(cè)距，目前有用光纖激光器的激光測(cè)距儀，但都是采用常規(guī)的單個(gè)脈沖法來(lái)進(jìn)行，作用距離受到限制，只適合近距離的掃描測(cè)距或立體掃描測(cè)距成像。但可利用其高重復(fù)頻率，一般可達(dá)每秒上萬(wàn)次至上百萬(wàn)次，每一次測(cè)距采用積累上千個(gè)脈沖，這樣積累能理即可達(dá)到?毫焦以上量級(jí)，滿足遠(yuǎn)距離測(cè)距需求。除了光纖激光器，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展也展現(xiàn)了這方面的潛在能力，單個(gè)脈沖很難做到幾個(gè)毫焦至幾十毫焦，但可以做到高重頻，這樣同樣可以通過(guò)多脈沖累積的方實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離激光測(cè)距。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺點(diǎn)，而提供了一種能夠利用高重頻脈沖激光器累計(jì)脈沖自動(dòng)測(cè)距的方法及使用該方法的測(cè)距儀，該方案利用其高重復(fù)頻率，一般可達(dá)每秒上萬(wàn)次至上百萬(wàn)次，每一次測(cè)距采用積累上千個(gè)脈沖，這樣積累能理即可達(dá)到毫焦以上量級(jí)，滿足遠(yuǎn)距離測(cè)距需求。?

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的：一種利用高重頻脈沖激光器累計(jì)脈沖自動(dòng)測(cè)距的方法，它包括如下步驟：?

假設(shè)是自動(dòng)掃描器第n次掃描周期，高重頻脈沖激光發(fā)射器發(fā)射脈沖激光，同步延時(shí)單元每收到一次脈沖信號(hào)，就按照本次設(shè)好的延時(shí)時(shí)間t+nΔt開(kāi)始計(jì)時(shí)，t為初始延時(shí)時(shí)間，Δt為掃描步進(jìn)時(shí)間差；?

當(dāng)計(jì)時(shí)完成，觸發(fā)高靈敏度高速光電探測(cè)接收單元的快門接收脈沖回波，接收完畢后關(guān)閉快門，同時(shí)光電信號(hào)存到能量累積單元中累積；?

光脈沖計(jì)數(shù)器每接收到一次光脈沖發(fā)出信號(hào)就計(jì)數(shù)一次，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值N時(shí)，本次掃描周期結(jié)束，同時(shí)在能量累積單元中已經(jīng)累積N個(gè)脈沖回波能量信號(hào)，其中，預(yù)設(shè)值N根據(jù)采用的高重頻脈沖激光發(fā)射器的單脈沖能量情況進(jìn)行設(shè)置，通常在幾百至幾千；?

光脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿N時(shí)就觸發(fā)延時(shí)時(shí)間自動(dòng)掃描器和能量信號(hào)采集單元，延時(shí)時(shí)間自動(dòng)掃描器向同步延時(shí)單元發(fā)出延時(shí)時(shí)間t+(n+1)Δt，準(zhǔn)備第n+1次掃描；?

能量信號(hào)采集單元受觸發(fā)后立刻從能量累積單元中讀出能量累積值，并通過(guò)能量信號(hào)釋放控制器清除能量累積單元中的累積能量信號(hào)，準(zhǔn)備第n+1次掃描的累積；?

能量信號(hào)采集單元將讀出的累積值存入本次存儲(chǔ)器，然后通過(guò)比較器與存在上次存儲(chǔ)器中的信號(hào)值進(jìn)行比較，如果本次值大于上次值，則將本次值存入上次存儲(chǔ)器中并覆蓋掉原來(lái)的信號(hào)，并開(kāi)始第n+1次掃描；如果本?次值小于或等上次值，則比較器觸發(fā)距離計(jì)算器按上次時(shí)間延時(shí)值t+(n-1)Δt計(jì)算出目標(biāo)距離L＝c(t+(n-1)Δt)/2，c為光速，同時(shí)掃描結(jié)束。?

本發(fā)明中還提供了一種利用高重頻脈沖激光器累計(jì)脈沖自動(dòng)測(cè)距的方法的測(cè)距儀，它包括高重頻脈沖激光發(fā)射器，高靈敏度高速光電探測(cè)接收單元，能量累積單元，同步延時(shí)單元，距離自動(dòng)判斷單元；所述高重頻脈沖激光發(fā)射器與光電探測(cè)接收單元之間受同步延時(shí)單元控制，所述距離自動(dòng)判斷單元包括延時(shí)時(shí)間自動(dòng)掃描器、光脈沖計(jì)數(shù)器、能量信號(hào)采集單元、能量信號(hào)釋放控制器、本次存儲(chǔ)器、上次存儲(chǔ)器、比較器和距離計(jì)算器；?