[發(fā)明專利]雙路互相關(guān)時延估計的激光測量方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811432943.6
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109581334A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋依青;陳佳媛
• 申請（專利權(quán)）人: 常州工學(xué)院
• 主分類號: G01S7/491
• 分類號: G01S7/491
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 高桂珍

本發(fā)明公開了一種雙路互相關(guān)時延估計的激光測量方法及裝置，該方法采用互相關(guān)接收方法的雙路接收光路，將來自同一目標(biāo)的光信號到達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)后，經(jīng)過前端光路分成兩路光路，其中一路專門接收包含有背景光噪聲的來自目標(biāo)光的信號，另一路專門接收背景光噪聲。本發(fā)明在光路結(jié)構(gòu)上采用了二路接收光路，其中一路專門用于接收信號(包括噪聲在內(nèi))，另一路專門用于接收同一場景下的噪聲。在電信號處理上，采用接收信號與本地發(fā)射信號互相關(guān)方法處理，進(jìn)一步減小各種噪聲對測量的影響。提高了接收信號時延的估計精度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、方法有效、計算量小、性能穩(wěn)定可靠，有效提高了激光飛行時延的測量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光雷達(dá)信號處理領(lǐng)域。特別是一種在強(qiáng)背景光干擾下激光飛行時延測量的裝置及其方法，應(yīng)用與激光測距、激光成像雷達(dá)等用途。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的很多領(lǐng)域及至人們的日常生活中，如工業(yè)測量、道路勘探、家裝設(shè)計等，非接觸測距有很重要的應(yīng)用價值。現(xiàn)代測距方法中，激光飛行時間測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于激光測距、激光飛行時間測量精度的優(yōu)劣直接關(guān)系到距離測量的精度和距離成像的清晰度。然而，自然界和人類的生產(chǎn)生活活動中，往往會造成很復(fù)雜的光、電干擾環(huán)境。如自然光及反射光，工業(yè)生產(chǎn)中的強(qiáng)電弧光、高壓汞燈等各種發(fā)光源的存在，會影響光電探測的接收靈敏度，造成測量的不準(zhǔn)確或是測量的誤差。目前，大多數(shù)的手持激光測距常采用在探測器的光學(xué)窗口前段加裝窄帶濾光片，在電路的信號檢測方法上主要采用FFT頻譜分析法。然而，這些方法都有一定的局限性，主要表現(xiàn)在所能檢測信號的信/噪比門限較高，不能檢測出強(qiáng)背景光下微弱信號(信/噪比較低的信號)。有些檢測方法中，應(yīng)用單路自相關(guān)檢測電路時，窄帶濾光片存在非線性以及同窗內(nèi)的背景光干擾存在相關(guān)性，使得檢測信號的能力受到限制。在采用FFT分析進(jìn)行濾波時，由于信號集中在低頻部分，而噪聲分布在較高頻率部分。所以，可用低通濾波器進(jìn)行濾除，但對于信號的高頻分量則將和噪聲混疊在一起不宜區(qū)分，倘若低通濾波器帶寬太寬，則濾波后信號中仍會存在大量噪聲。若低通濾波器帶寬較窄，則可能會將一部分有用信號被當(dāng)作噪聲而濾除。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本次發(fā)明提出了在前段端光路上采用兩路探測單元。其中一路用來接收目標(biāo)信號(其中可能包含強(qiáng)背景光干擾)，另一路專門接收背景光，以抵消或削弱背景光噪聲的影響。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

雙路互相關(guān)時延估計的激光測量方法，采用互相關(guān)接收方法的雙路接收光路，將來自同一目標(biāo)的光信號到達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)后，經(jīng)過前端光路分成兩路光路，其中一路專門接收包含有背景光噪聲的來自目標(biāo)光的信號，另一路專門接收背景光噪聲。

更進(jìn)一步地，所述互相關(guān)接收方法的抗干擾性能為：

由于參考信號S₂(t)與信號S₁(t)有某種相關(guān)性，而S₂(t)與噪聲n(t)沒有相關(guān)性，且噪聲的均值為零，則

更進(jìn)一步地，所述互相關(guān)接收方法采用快速互相關(guān)接收方法，包括：

取步長為n(n＝2^k)，以n為步長在R_xy(n)中取出元素，組成新的序列R_xyN(n)，找出新的序列R_xyN(n)中的最大值MN及其位置LMN；

取步長為在R_xy(n)中以LMN為中心，以n₁為間隔，取出元素組成新序列R_xyN₁(n)找出R_xyN₁(n)中的最大值MN₁及位置LMN₁；