[發明專利]一種基于脈沖式的激光測距儀及其測距方法

在審

• 申請號: 201410114766.2
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN104142504A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 梁立濤
• 申請（專利權）人: 常州大地測繪科技有限公司
• 主分類號: G01S17/32
• 分類號: G01S17/32
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及測量儀器技術領域，特別涉及一種基于脈沖式的激光測距儀及其測距方法。

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：R＝cΔt／2。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)o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。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的缺陷，提供一種體積小、外型美觀、測距精準的基于脈沖式的激光測距儀及其測距方法。

實現本發明目的的技術方案是：一種基于脈沖式的激光測距儀的測距方法，包括以下步驟：

(1)打開激光測距儀電源，對系統進行初始化；設定激光測距儀的測距模式為近距測量模式；

(2)將激光測距儀對準測量目標，按住測量按鈕，使測量用的光波信號對著目標發射出去，激光測距儀會自動接收反射回來的回波信號；

(3)通過時間測量單元計算光波信號發射和接收的時間間隔；

(4)判斷步驟(3)得到的測量值是否滿足測距結果輸出要求；若滿足，則經換算輸出距離結果；若不滿足，則進入步驟(5)；

(5)自動切換并啟動遠距離測量模式，依次再運行上述步驟(2)和步驟(3)；

(6)判斷步驟(5)得到的測量值是否滿足測距結果輸出要求；若滿足，則經換算輸出距離結果；若不滿足，則結束此次測量過程。

上述技術方案所述步驟(1)的具體步驟為：

a、發射并接收預測量光信號；

b、自動計算當前測量環境的信噪比，根據信噪比設定一個測量“初始閾值”K₁3、根據權利要求2所述的一種基于脈沖式的激光測距方法，其特征在于，所述步驟(3)的具體步驟為：

a、激光發射器發射激光脈沖信號的同時觸發時間測量單元的起始端口，時間測量單元受觸發后開始計時；

b、激光接收器接收到激光脈沖回波信號時觸發時間測量單元的停止端口，時間測量單元受觸發后停止計時，并自動計算出起始和停止之間的時間間隔Δt