[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)閉環(huán)調(diào)整激光測(cè)距方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611243352.5
• 申請(qǐng)日: 2016-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN106646500B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹杰;郝群;程陽;李瀟;高澤東;張芳華;張亞琨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S17/10
• 分類號(hào): G01S17/10
• 代理公司: 北京理工正陽知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

1.一種自適應(yīng)閉環(huán)調(diào)整激光測(cè)距裝置，其特征在于：采用液體透鏡替換測(cè)量系統(tǒng)中的普通透鏡；并配合使用相機(jī)和液體透鏡驅(qū)動(dòng)電路，以達(dá)到自適應(yīng)閉環(huán)調(diào)整激光測(cè)距方法的目的；

包括：控制模塊(1)、脈沖發(fā)生器(2)、脈沖激光器(4)、發(fā)射模塊(5)、目標(biāo)(9)、回波脈沖(10)、接收模塊(11)；

控制模塊(1)包括信號(hào)處理電路(17)、相機(jī)接口(18)和液體透鏡驅(qū)動(dòng)電路(19)；

接收模塊(11)包括：液體透鏡、APD探測(cè)器(15)、紅外相機(jī)(16)；

控制模塊(1)控制脈沖發(fā)生器(2)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖(3)進(jìn)而觸發(fā)脈沖激光器(4)發(fā)射脈沖激光，此時(shí)記為開始時(shí)刻；脈沖激光經(jīng)過發(fā)射模塊(5)后產(chǎn)生照射脈沖(8)照射在目標(biāo)(9)；經(jīng)過目標(biāo)(9)漫反射或者散射回來的回波脈沖(10)被接收模塊(11)接收，經(jīng)過液體透鏡的匯聚作用后，匯聚于APD探測(cè)器(15)上；APD探測(cè)器(15)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳遞給控制模塊(1)，控制模塊(1)的信號(hào)處理電路(17)采集到回波脈沖(10)的峰值時(shí)刻，此時(shí)刻為停止時(shí)刻；停止時(shí)刻與開始時(shí)刻的差即為飛行時(shí)間，通過飛行時(shí)間計(jì)算目標(biāo)(9)相對(duì)于發(fā)射模塊(5)的距離信息；同時(shí)APD探測(cè)器(15)和回波脈沖(10)發(fā)出的紅外光線(14)可通過紅外相機(jī)(16)觀察，紅外相機(jī)(16)的圖像通過相機(jī)接口(18)被控制模塊(1)采集，在控制模塊(1)上能夠同時(shí)觀測(cè)APD探測(cè)器(15)和回波脈沖(10)的光斑；透鏡驅(qū)動(dòng)電路(19)用于調(diào)整液體透鏡。

2.如權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)閉環(huán)調(diào)整激光測(cè)距裝置，其特征在于：發(fā)射模塊(5)由準(zhǔn)直透鏡組(6)和發(fā)射透鏡(7)組成。

3.一種基于權(quán)利要求1或2所述的自適應(yīng)閉環(huán)調(diào)整激光測(cè)距裝置的測(cè)距方法，其特征在于：當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致從紅外相機(jī)的圖像觀察到的回波脈沖(10)的光斑大小以及其和探測(cè)器的光敏面相對(duì)位置發(fā)生變化，此時(shí)可通過閉環(huán)控制，控制液體透鏡驅(qū)動(dòng)電路調(diào)整液體透鏡的兩個(gè)曲面的曲率半徑，變?yōu)檎{(diào)整后液體透鏡，使得脈沖始終能夠被APD探測(cè)器探測(cè)到，從而提高了測(cè)距性能。

4.如權(quán)利要求3所述的測(cè)距方法，其特征在于：所述外界環(huán)境發(fā)生變化為當(dāng)目標(biāo)距離接收系統(tǒng)較近時(shí)，調(diào)整前液體透鏡將回波脈沖匯聚在APD探測(cè)器上，此時(shí)調(diào)整前的共焦回波光斑尺寸小且位于APD光敏面的中心；然而共焦回波光斑的能量密度較大，容易導(dǎo)致APD探測(cè)器飽和，不利于短距離的測(cè)量，為此需要重新調(diào)整光路；可通過液體透鏡驅(qū)動(dòng)電路，改變液體透鏡的電壓，減小液體透鏡兩個(gè)曲面的曲率半徑，從而減小液體透鏡的焦距，此時(shí)的液體透鏡為調(diào)整后液體透鏡；回波脈沖被調(diào)整后液體透鏡匯聚，此時(shí)匯聚點(diǎn)位于APD探測(cè)器的前面，即回波脈沖出現(xiàn)了離焦，調(diào)整后的離焦回波光斑尺寸大，能量密度較小，APD探測(cè)器不易出現(xiàn)飽和的情況，可縮短最小可探測(cè)距離。

5.如權(quán)利要求3所述的測(cè)距方法，其特征在于：所述外界環(huán)境發(fā)生變化為當(dāng)在實(shí)際測(cè)量環(huán)境中出現(xiàn)調(diào)整前液體透鏡離軸時(shí)，導(dǎo)致聚焦的光斑與APD探測(cè)器的光敏面相切，或者甚至遠(yuǎn)離APD探測(cè)器的光敏面，從紅外相機(jī)觀察到的光斑和探測(cè)器的光敏面相對(duì)位置分析，表現(xiàn)為調(diào)整前的離軸回波光斑與APD探測(cè)器的光敏面相切，或者調(diào)整前的離軸回波光斑遠(yuǎn)離APD光敏面，顯然，此時(shí)測(cè)距系統(tǒng)將無法正常工作，為此需要重新調(diào)整光路；可通過液體透鏡驅(qū)動(dòng)電路，改變液體透鏡的電壓，減小液體透鏡兩個(gè)曲面的曲率半徑，從而減小液體透鏡的焦距，此時(shí)的液體透鏡為調(diào)整后液體透鏡；回波脈沖被調(diào)整后液體透鏡匯聚，此時(shí)匯聚點(diǎn)位于APD探測(cè)器的前面；此時(shí)從紅外相機(jī)觀察到的光斑和探測(cè)器的光敏面相對(duì)位置分析，表現(xiàn)為調(diào)整后的離軸回波光斑和APD探測(cè)器的光敏面相交，回波脈沖可被APD探測(cè)器探測(cè)到，因此，本發(fā)明可消除外界環(huán)境振動(dòng)導(dǎo)致的離軸使得APD探測(cè)器難以探測(cè)回波脈沖的問題。

6.如權(quán)利要求3所述的測(cè)距方法，其特征在于：所述外界環(huán)境發(fā)生變化為當(dāng)在實(shí)際測(cè)量環(huán)境中出現(xiàn)調(diào)整前液體透鏡傾斜的情況時(shí)，導(dǎo)致聚焦的光斑與APD探測(cè)器的光敏面相切，或者甚至遠(yuǎn)離APD探測(cè)器的光敏面，從紅外相機(jī)觀察到的光斑和探測(cè)器的光敏面相對(duì)位置分析，表現(xiàn)為調(diào)整前的傾斜回波光斑與APD探測(cè)器的光敏面相切，或者調(diào)整前的傾斜回波光斑遠(yuǎn)離APD探測(cè)器的光敏面，顯然，此時(shí)測(cè)距系統(tǒng)也將無法正常工作，需要重新調(diào)整光路；可通過液體透鏡驅(qū)動(dòng)電路，改變液體透鏡的電壓，減小液體透鏡兩個(gè)曲面的曲率半徑，從而減小液體透鏡的焦距，此時(shí)的液體透鏡為調(diào)整后液體透鏡；回波脈沖被調(diào)整后液體透鏡匯聚，此時(shí)匯聚點(diǎn)位于APD探測(cè)器的前面；此時(shí)從紅外相機(jī)觀察到的光斑和探測(cè)器的光敏面相對(duì)位置分析，表現(xiàn)為調(diào)整后的傾斜回波光斑和APD探測(cè)器的光敏面相交，回波脈沖可被APD探測(cè)器探測(cè)到，因此，本發(fā)明可消除外界環(huán)境振動(dòng)導(dǎo)致的傾斜使得APD探測(cè)器難以探測(cè)回波脈沖的問題。