[發(fā)明專利]基于脈沖計數(shù)和時間拓展的激光測距方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104181544A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 孫岳;李永旭;趙金輝;王世強;李立學;鄭益慧;王昕;薛松
• 申請（專利權）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S17/89
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種基于脈沖計數(shù)和時間拓展的激光測距方法，其特征在于，包括步驟：

S1：在一物體上方設置激光掃描儀，以激光掃描儀為坐標原點，建立三維直角坐標系；

S2、以激光掃描儀的末端為固定點，做半徑逐漸變化的旋轉(zhuǎn)運動，激光掃描儀的發(fā)射端周期性的發(fā)射出具有方向信息的激光脈沖；

S3、記錄發(fā)射出的激光脈沖信號的方向向量，以及發(fā)射時刻；

S4、發(fā)射的激光脈沖到達一被測物后發(fā)生反射，激光掃描儀的接收端接收反射的激光脈沖；

S5、記錄下光電探測器接收到漫反射的激光脈沖的接收時刻；

S6、根據(jù)發(fā)射時刻和接收時刻得到激光脈沖的飛行時間，并用脈沖計數(shù)法和時間拓展法進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的飛行時間；

S7、根據(jù)優(yōu)化后的飛行時間求出激光掃描儀與被測物的距離；

S8、根據(jù)計算得到的距離以及發(fā)射出的激光脈沖信號的方向向量，計算被測物與所述物體的水平距離；

S9、判斷被測物與所述物體的水平距離是否在一預設距離之內(nèi)，若判斷結(jié)果為是，則被測物距離所述物體過近；

其中，S6中所述用脈沖計數(shù)法和時間拓展法進行優(yōu)化包括測量：飛行時間T_x、發(fā)射時刻相對于下一個脈沖上升沿的時間間隔T₁、接收時刻相對于下一個脈沖上升沿的時間間隔T₂；

根據(jù)脈沖計數(shù)法，優(yōu)化前的飛行時間為T_x＝NT₀，其中，N為脈沖計數(shù)個數(shù)，T₀為量化的脈沖周期；

使用時間拓展法對T₁、T₂進行拓展，先用恒流電流I₁對一電容C進行充電，充電結(jié)束后再用恒流電流對所述電容進行放電，達到起始電平位置，由得到T₁'＝kT₁，將T₁擴展k倍后得到T₁′，對擴展后的T₁′繼續(xù)采用脈沖計數(shù)法進行測量，脈沖計數(shù)個數(shù)為N₁，得到同理T2=N2T0k;]]>

優(yōu)化后的飛行時間為Tx=NT0+T1-T2=(N+N1+N2k)T0.]]>

2.根據(jù)權利要求1所述的基于脈沖計數(shù)和時間拓展的激光測距方法，其特征在于，在步驟S9之后還包括步驟：

S10、判斷此次激光脈沖的方向向量是否與第一次發(fā)射的激光脈沖的方向向量相同，若判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟S11，反之則返回S2；

S11、顯示三維圖像，并標識出距離所述物體過近的被測物。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于脈沖計數(shù)和時間拓展的激光測距方法，其特征在于，激光掃描儀所在的水平面為X軸和Y軸，垂直于激光掃描儀所在的水平面的方向為Z軸，三者滿足右手定則。

4.一種基于脈沖計數(shù)和時間拓展的激光測距系統(tǒng)，其特征在于，包括：

激光掃描儀，設置在一物體上方，所述激光掃描儀以末端為固定點，做半徑逐漸變化的旋轉(zhuǎn)運動，激光掃描儀的發(fā)射端周期性的發(fā)射出具有方向信息的激光脈沖，接收端接收經(jīng)被測物反射的激光脈沖；

時刻鑒別模塊，通過一第一通道連接所述發(fā)射端，通過一第二通道連接所述接收端，分別記錄激光脈沖的發(fā)射時刻以及接收時刻；

時間間隔測量模塊，連接所述時刻鑒別模塊，根據(jù)測得的發(fā)射時刻以及接收時刻，計算激光脈沖的飛行時間；

控制部分，連接所述時間間隔測量模塊以及所述激光掃描儀，用以發(fā)出控制指令，控制所述激光掃描儀周期性的發(fā)射激光脈沖，以及根據(jù)計算得到的飛行時間，采用脈沖計數(shù)法和時間擴展法對飛行時間進行優(yōu)化，并計算被測物與所述物體的水平距離，包括：

根據(jù)脈沖計數(shù)法，優(yōu)化前的飛行時間為T_x＝NT₀，其中，N為脈沖計數(shù)個數(shù)，T₀為量化的脈沖周期；

使用時間拓展法對T₁、T₂進行拓展，先用恒流電流I₁對一電容C進行充電，充電結(jié)束后再用恒流電流對所述電容進行放電，達到起始電平位置，由得到T₁'＝kT₁，將T₁擴展k倍后得到T₁′，對擴展后的T₁′繼續(xù)采用脈沖計數(shù)法進行測量，脈沖計數(shù)個數(shù)為N₁，得到同理T2=N2T0k;]]>

優(yōu)化后的飛行時間為Tx=NT0+T1-T2=(N+N1-N2k)T0.]]>