[發明專利]一種脈沖激光測距儀的測距方法

無效

• 申請號: 201210114214.2
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN102621540A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 紀榮祎;趙長明;陳國;李鯤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S7/483
• 分類號: G01S7/483;G01S17/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;高燕燕

技術領域

本發明涉及測量儀器領域，特別涉及激光測距儀領域和高精度時間間隔測量領域，具體是指一種脈沖激光測距儀的測距方法。

背景技術

脈沖激光測距儀使用脈沖激光器發射單個激光脈沖信號照射目標，并對由目標返回的回波脈沖激光信號進行探測，通過測量激光發射時刻和回波信號返回時刻之間的時間間隔，可獲得目標到測距儀的距離。脈沖激光測距儀的測距公式為：其中，R是測量距離，c是光速，Δt是激光飛行時間包括脈沖激光信號往返飛行時間。由測距公式可知，脈沖激光測距儀的測距精度由對激光飛行時間的測量精度決定。由于回波脈沖激光信號幅度的變化和波形的展寬，使得回波接收電路輸出的脈沖信號的幅度和波形發生變化，帶來計時點的漂移，引起激光飛行時間的測量誤差。因此需要采用時刻鑒別電路對回波接收信號進行時刻鑒別，為時間測量電路提供不受脈沖信號形狀變化影響的計時點，減小飛行時間測量誤差，提高計時精度。

目前，時刻鑒別電路的實現方法主要有以下三種：

一、前沿鑒別法(Leading?Edge?Discriminator)。前沿鑒別法通過固定閾值的方式，以脈沖前沿幅度等于所設閾值的時刻作為鑒別時刻，產生計時信號。前沿鑒別法由于觸發比不恒定，在信號幅度變化會引起較大的漂移誤差。

二、恒定比值鑒別法(Constant?Fraction?Discriminator)。恒比定時法將放大電路輸出的脈沖信號分為兩路，一路信號進行延遲后輸入到鑒別比較器的同相輸入端，另一路信號進行衰減后輸入到鑒別比較器的反相輸入端，鑒別比較器在兩路信號的幅度相等時翻轉，產生計時信號。恒比定時法可以消除由信號幅度變化引起的漂移誤差，但當信號形狀發生變化時，仍會產生一定的漂移誤差。

三、高通容阻鑒別法(CR-High?pass?Discriminator)。高通容阻鑒別法使用高通濾波器將回波接收放大電路輸出的單極性脈沖信號轉變為雙極性脈沖信號輸出，使得原來脈沖信號的極值點變為零點，再由過零比較器對輸出的雙極性信號的過零點進行鑒別。高通容阻鑒別法對輸入脈沖信號的幅度變化不敏感，但要求接收通道工作在嚴格的線性范圍內。它的誤差主要來自信號脈沖在計時點附近斜率的變化。

從時刻鑒別電路的設計原則上講，在對信號進行時刻鑒別時，應該盡量避免對信號的幅度和波形進行模擬變化，以減少在時刻鑒別中引入的額外誤差。在以上介紹的時刻鑒別方法中，方法二中對輸入脈沖信號的延遲過程和衰減過程以及方法三中使用高通濾波器將回波接收放大電路輸出的單極性脈沖信號轉變為雙極性脈沖信號輸出過程，均對信號進行了模擬變化，會引入新的誤差。而前沿鑒別法(圖1)使用一個電壓比較器和一個閾值電平就可以實現，電路形式簡單，除了進行電平比較之外，不對信號進行任何其他處理，不引入其他誤差。

因此本發明在前沿鑒別法的基礎上提出了一種提高脈沖激光測距儀的測距精度的裝置。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種脈沖激光測距儀的測距方法，提高脈沖激光測距儀的測距精度。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

脈沖激光測距儀包括脈沖激光器、光電探測器、放大器、雙路比較器、時間數字轉換器TDC、測量控制模塊；其中光電探測器與放大器相連，放大器輸出端與雙路比較器的兩個正向輸入端相連，在雙路比較器的兩個負向輸入端分別輸入兩個不同的鑒別閾值電平，雙路比較器的輸出端與時間數字轉換器TDC相連，測量控制模塊與時間數字轉換器TDC、脈沖激光器分別相連；在測量控制模塊中預存有公式(5)與公式(6)；