[發明專利]一種基于恒閾值鑒別法的測距裝置及測距方法

有效

• 申請號: 201711296774.3
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107957582B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 錢惟賢;吳李勇;陳錢;顧國華;任侃;路東明;吳鈺;王凡;楊錦清;劉澤偉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S7/487
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發明公開了一種基于恒閾值時刻鑒別法的測距裝置及測距方法，在基于恒閾值鑒別法的脈沖激光測距裝置中，利用光學衰減片調節脈沖激光出射強度，并改變障礙物距離，不斷記錄不同距離不同激光強度下的測量距離和脈寬，再對距離數據和脈寬數據進行初次擬合、二次擬合，得到最終的漂移誤差修正之后的測量距離公式，補償單個閾值引起的時間漂移誤差，減小因回波能量變化對基于恒閾值鑒別法的脈沖激光測距精度的影響，且不需要增加電路的復雜度，方法簡單。

技術領域

本發明屬于激光測量領域，具體涉及一種基于恒閾值鑒別法的測距裝置及測距方法。

背景技術

脈沖式激光測量技術采用激光器作為光源，以激光為載波，根據飛行時間原理，通過檢測激光發射脈沖與激光回波之間的時間差來測量距離，具備結構簡單，價格低廉，可靠性高，抗干擾性強，不需要合作目標等優點，在民用和軍事上得到了廣泛的應用。

為了探測激光回波脈沖的到達時刻，一般采用時間鑒別電路，時刻鑒別的目的在于將激光回波的模擬信號轉換為一個具有時間信息的數字邏輯信號。當輸入信號的幅值低于某一給定閾值，沒有輸出信號；而超過這一個給定的閾值，就輸出一個一定幅值的信號，由此，將模擬信號轉換為由高低電平表示的數字信號。實際情形是，激光回波脈沖在傳輸過程中容易受到空氣中的灰塵、煙霧、水汽等物體的衰減和干擾，回波波形會被不同程度的展寬和畸變，經過時刻鑒別電路之后的輸出時間上存在差異，造成時間漂移誤差。同時回波波形和所探測的目標特性有關，即使是同一目標、同一距離，目標和光路的夾角不同，回波的強度也不相同，導致經過光電轉換后的電信號幅度隨回波的強度變化而變化，不同幅度經過時刻鑒別電路之后在輸出時間上產生差異造成時間漂移誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于恒閾值鑒別法的測距裝置。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于恒閾值時刻鑒別法的測距裝置，包括FPGA主控板、TDC測試芯片、激光發射模塊、發射光學透鏡組、光學衰減片、濾光片、接收光學透鏡組、激光接收模塊以及CCD攝像頭，所述發射光學透鏡組、光學衰減片在一水平線上共光軸放置，濾光片、接收光學透鏡組在另一水平線上共光軸放置；所述CCD攝像頭的鏡頭對準平面障礙物；

FPGA主控板控制激光發射模塊發射出脈沖激光，脈沖激光經發射光學透鏡組準直，再由光學衰減片進行衰減后入射到平面障礙物上，脈沖激光經平面障礙物反射后，經過濾光片、接收光學透鏡組，由激光接收模塊接收、放大、時刻鑒別后得到回波脈沖數字電信號，該回波脈沖數字電信號傳遞給TDC測試芯片計算起始脈沖控制信號與回波脈沖信號的時間差，FPGA主控板將時間差換算成距離，以及回波脈沖信號的脈寬。

本發明還提供了一種基于恒閾值鑒別法的測距方法，能夠減小因回波能量變化對基于恒閾值鑒別法的脈沖激光測距精度的影響，提高測距準確度，具體步驟為：

步驟1、構建測距裝置；

步驟2、將光學衰減片調節至初始衰減度，將障礙物移動至距接收光學透鏡組及接收光學透鏡組所在豎直平面D₁米的位置，調節光路，保證激光垂直入射障礙物表面；

步驟3、采集距離數據及脈寬數據，具體步驟為：

記錄當前障礙物到測距機的實際距離d_i，并連續采集距離數據T與脈寬數據W，當數據量達到指定數目N時，停止采集，得到N個距離數據T的均值t_ij與脈寬數據W的均值w_ij；

步驟4、調節光學衰減片至下一個衰減度，重復步驟3，直到光學衰減片完成一個衰減周期后回到初始衰減度，完成一組距離均值數據t_i和脈寬均值數據w_i的記錄；