[發明專利]基于脈沖計數和時間拓展的激光測距方法及系統

在審

• 申請號: 201410412056.8
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104181544A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（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: 國家電網公司;國網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: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及測試、測量技術領域，特別涉及一種基于脈沖計數和時間拓展的激光測距方法及系統。

背景技術

測距技術在各個領域都有應用，比如在電力傳輸的過程中，變電站將不同電壓等級的輸電線路連接在一起。一方面提高了電力傳輸效率，另一方面也能夠滿足用戶的電壓需求，對整個電力系統的穩定運行起到了至關重要的作用。正因如此，對變電站實施保護，保障其自身安全性顯得格外重要。

傳統的檢測變電站的方法是工作人員來回巡視變電站，看其周圍是否有動物、違規人員等的非法入侵來保障變電站安全。但是這樣的巡檢方法不僅低效，而且高壓端的電磁輻射會對巡檢人員產生諸多的不利影響。此時，如果能設計出一種成像技術，實時檢測變電站周邊的信息，并且提醒工作人員可能會出現的危險隱患，以便工作人員能夠及時得做好應對準備顯得尤為重要。

激光測距主要有脈沖法和相位法，而相位法雖然精度較高，但是卻有測量距離不遠，電路復雜，體積、功耗較大等諸多不滿足于實際需求的缺點，因而只能采用測量精度相對較低但測距遠的脈沖法來進行測量。近年來，關于如何提高激光脈沖法精度的研究越來越多，提出了大量的改進方法。高通容阻時刻鑒別法、差分延遲法等在提高精度方面雖然取得了一些效果，但都存在電路復雜、靈敏性差、抗干擾能力低等諸多缺點。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種基于脈沖計數和時間拓展的激光測距方法。本發明通過以下技術方案實現：

一種基于脈沖計數和時間拓展的激光測距方法，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運動，激光掃描儀的發射端周期性的發射出具有方向信息的激光脈沖；

S3、記錄發射出的激光脈沖信號的方向向量，以及發射時刻；

S4、發射的激光脈沖到達一被測物后發生反射，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、根據發射時刻和接收時刻得到激光脈沖的飛行時間，并用脈沖計數法和時間拓展法進行優化，得到優化后的飛行時間；

S7、根據優化后的飛行時間求出激光掃描儀與被測物的距離；

S8、根據計算得到的距離以及發射出的激光脈沖信號的方向向量，計算被測物與物體的水平距離；

S9、判斷被測物與物體的水平距離是否在一預設距離之內，若判斷結果為是，則被測物距離物體過近；

其中，S6中用脈沖計數法和時間拓展法進行優化包括測量：飛行時間T_x、發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；

根據脈沖計數法，優化前的飛行時間為T_x＝NT₀，其中，N為脈沖計數個數，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，充電結束后再用恒流電流對電容進行放電，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′繼續采用脈沖計數法進行測量，脈沖計數個數為N₁，得到同理T2=N2T0k;]]>