[發明專利]一種去測距模糊的單光子激光測距方法及裝置

有效

• 申請號: 201710433680.X
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN109031336B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 李明鎖;朱海博
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所
• 主分類號: G01S17/14
• 分類號: G01S17/14
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 韓天寶

本發明涉及一種去測距模糊的單光子激光測距方法及裝置，根據最遠測距距離擴展n倍的需求設定n位偽隨機碼；在測距過程中，令激光器重復發出經過n位偽隨機碼編碼調制的激光脈沖序列，通過建立脈沖間隔跨度單光子統計直方圖及編碼碼長跨度單光子統計直方圖，對回波目標進行提取得到含測距模糊度的疑似目標，并在編碼碼長跨度單光子統計直方圖中索引與疑似目標對應的統計值系列，通過計算統計值和偽隨機編碼序列的相關系數可以得到兩序列間的相位關系，以去除測距模糊。本發明不要求解決其激光器出射能量限制的問題，并且對信號提取計算量較少，易于在FPGA系統中實時實現。

技術領域

本發明涉及一種去測距模糊的單光子激光測距方法及裝置，屬于激光測距技術領域。

背景技術

單光子激光測距系統往往采用高重頻，低能量的激光器和靈敏度極高的單光子探測器(PMT或Geiger-mode APD)實現探測，通過光子計數實現測距距離提取。時間相關單光子計數(Time-correlated single-photon counting TCSPC)技術是應用最為廣泛的單光子激光測距技術，它將時間軸分為離散的時間區間，當探測器探測到一個或多個光子時，產生一個響應輸出，記錄下該次響應發生的時間，并對該時間區間內的光子計數值加1，當進行大量重復脈沖的探測后，可以統計得到響應時間對應光子計數的統計直方圖，如圖1所示。

TCSPC技術記錄的光子返回時間為光子到達時間與前次光脈沖發射時間的差值，導致所有目標物不論遠近，其記錄的返回光子時間均在一個光周期內，于是當測距范圍較大且脈沖重頻較高時將發生測距模糊問題，如10kHz重頻的激光測距不發生測距模糊的最遠測距距離為15km。

常用的解決測距模糊的方法包括：

1)基于偽隨機碼調制的單光子計數法，此類方法將出射的高頻脈沖進行偽隨機碼調制，檢測時通過閾值判斷得到回波碼，通過回波信號和出射信號的碼相關性實現信號提取，最大可測激光飛行時間擴展成出射碼長時間，以此增大了最大可測測距距離，如圖2所示。為達到較好的測距分辨率，此類方法要求其激光器的重頻需達到100MHz以上，限制了激光器的出射能量，且進行信號提取計算時所需的計算量極大，難以在嵌入式系統中實時實現?！安捎酶咚賯坞S機碼調制和光子計數技術的光纖激光測距系統”(《紅外與激光工程》第42卷第12期)公開了相關的詳細技術方案。

2)多重頻激光測距法，此類方法在測量過程中改變出射激光的重復頻率獲取不同的光子數返回時間信息，從而確定唯一的距離信息，如圖3所示。此類方法不僅對激光重頻的頻率精確度要求較高，且為了消除模糊度，測距時間增大了一倍，犧牲了測距速度。為了保證足夠的激光出射能量及較快的測距速度，激光器重頻在幾十kHz為宜。

基于上述分析，對于實現較寬范圍測試時會出現測距模糊的問題，提出一種合適的解決測距模糊度問題的方法顯得極為必要。

發明內容

本發明的目的是提供一種去測距模糊的單光子激光測距方法及裝置，用于解決現有技術中消除測距模糊時需對激光器的出射能量進行限制的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種去測距模糊的單光子激光測距方法，步驟如下：

步驟1，根據最遠測距距離擴展n倍的需求設定n位偽隨機碼；

步驟2，測距時激光器發出重復的以所述偽隨機碼的碼長n為周期的經過偽隨機碼調制的激光脈沖序列，并分別以脈沖發射起始時刻及編碼碼序發射起始時刻為計數起始時刻，按照TCSPC方法實現單光子計數，得到脈沖間隔跨度單光子統計直方圖及編碼碼長跨度單光子統計直方圖；

步驟3，利用所述脈沖間隔跨度單光子統計直方圖對回波目標進行提取，提取出z個含測距模糊度的疑似目標；

步驟4，對每個疑似目標，在對應的所述編碼碼長跨度單光子統計直方圖中找到n個可能的對應點，進而得到n個按序排列的光子計數直方圖統計值；