[發明專利]一種脈沖激光測距方法

無效

• 申請號: 201210127880.X
• 申請日: 2012-04-26
• 公開（公告）號: CN102680980A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 陳瑞強;江月松;謝擁軍;何云濤;唐華
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及脈沖激光測距領域，特別是關于一種激光回波的時刻鑒別方法。

背景技術

脈沖激光測距的基本原理是，主動向目標發射激光脈沖，然后探測該目標上被照射點的激光回波，測量激光脈沖的飛行時間，從而計算出目標的距離信息。由于激光脈沖受大氣及目標散射特性的影響，導致激光回波在幅度和形狀上有很大差別，由此形成的時間漂移誤差給準確確定激光回波時刻帶來困難。目前激光回波時刻鑒別方法主要有四種：前沿鑒別法、恒定比值鑒別法、高通容阻鑒別法和誤差補償法。

前沿鑒別法使用單個固定閾值來確定激光回波的停止時刻，雖然電路簡單，但無法克服時間漂移誤差。

恒定比值鑒別法和高通容阻鑒別法都可以有效的消除時間漂移誤差。恒定比值鑒別法以激光回波前沿半高點到達的時刻作為激光回波的停止時刻。高通容阻鑒別法利用高通容阻濾波電路的微分效應，將激光回波的極值點轉變為零點，以此作為激光回波的停止時刻。但這兩種方法的電路結構復雜，不易實現。

誤差補償法使用多個不同的固定閾值測量同一激光回波，利用測定好的誤差補償曲線，補償單個固定閾值引起的時間漂移誤差，得到準確的激光回波停止時刻。該方法電路結構簡單，容易實現，但需要事先測定誤差補償曲線，擬合誤差補償曲線或建立誤差補償表，增加了脈沖激光測距方法的復雜度。

發明內容

為了解決現有技術存在的諸多缺點，本發明提供了一種脈沖激光測距方法，利用激光回波前沿近似線性的特點，使用雙閾值測量同一激光回波的前沿，計算出激光回波的初始時刻，以此作為激光回波的停止時刻，消除了時間漂移誤差。

本發明提供的一種脈沖激光測距方法采用以下技術方案：

一種脈沖激光測距方法，采用激光發射系統、激光回波接收系統和數據接收與處理系統進行測量，其特征在于所述激光發射系統包括脈沖激光器、分束鏡和PIN光電探測器，所述激光回波接收系統包括光學接收子系統和APD光電探測器，所述數據接收與處理系統包括信號傳輸轉換子系統、時間測量子系統和數據處理子系統；所述脈沖激光器發射激光脈沖，經分束鏡比例分束，大部分激光能量發射到目標，少量激光能量被PIN光電探測器接收；所述光學接收子系統匯聚激光回波到APD光電探測器上；所述信號傳輸轉換子系統接收PIN光電探測器與APD光電探測器輸出的電信號，經信號處理后傳給時間測量子系統，數據處理子系統處理時間測量子系統輸出的測量數據，計算出目標距離信息。

其中，所述時間測量子系統具有兩個測量通道。

其中，所述PIN光電探測器輸出的電信號經單個固定閾值產生開始計時信號到時間測量子系統，控制時間測量子系統的兩個測量通道同時開始計時。

其中，所述APD光電探測器輸出的電信號采用前沿觸發方式，經兩個不同的固定閾值，產生兩個停止計時信號到時間測量子系統，分別控制時間測量子系統的兩個測量通道停止計時。

其中，所述數據處理子系統處理時間測量子系統輸出的測量數據，計算出激光回波的初始時刻，由此得到激光脈沖飛行時間，并根據距離公式得到目標距離信息。

本發明的主要特色：消除了由激光回波幅度和形狀變化引起的時間漂移誤差，既提高了脈沖激光測距的單次測量精度，又降低了測距系統的復雜度，從而降低了系統的成本，在激光測距及激光三維測量方面提供了新方法。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1為本發明的脈沖激光測距原理圖

圖2為本發明的激光回波時刻鑒別方法示意圖

具體實施方式

圖1顯示了脈沖激光測距的原理，脈沖激光器1發射激光脈沖，經分束鏡2比例分束，大部分激光能量發射到目標4，少量激光能量被PIN光電探測器3接收。激光脈沖照射到目標4表面產生漫反射，激光回波被光學接收子系統5匯聚到APD光電探測器6上。

信號傳輸轉換子系統7接收并處理PIN光電探測器3和APD光電探測器6輸出的電信號。由于脈沖激光器1發射的激光脈沖的幅度和形狀穩定，所以PIN光電探測器3輸出的電信號的幅度和形狀也是穩定的，經過單個固定閾值得到的開始計時信號不存在時間漂移誤差。APD光電探測器6輸出的電信號采用前沿觸發方式，經兩個不同的固定閾值，產生兩個停止計時信號。開始計時信號控制時間測量子系統8的兩個測量通道同時開始計時，兩個停止計時信號分別控制時間測量子系統8的兩個測量通道停止計時。數據處理子系統9處理時間測量子系統8輸出的測量數據，計算出激光回波的初始時刻，由此得到激光脈沖飛行時間，并根據距離公式得到目標4的距離信息。