[發明專利]激光雷達高精度測距方法及系統

有效

• 申請號: 201911136662.0
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110726995B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 林紅章;劉偉;謝立峰;虞謙;年逸杰
• 申請（專利權）人: 常州市新瑞得儀器有限公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/481
• 代理公司: 杭州聚邦知識產權代理有限公司 33269
• 代理人: 周美鋒

本發明屬于測距技術領域，具體涉及一種激光雷達高精度測距方法及系統，其中激光雷達高精度測距方法，包括：發射兩束激光，一束為內光路光信號，另一束為外光路光信號；將內光路光信號和外光路光信號轉換為電信號后獲取長度為N的采樣信號；判斷采樣信號是否為有效信號；以及根據有效信號計算距離，實現了提高距離測量的精確程度，并且簡單易于實現，降低了產品的生產成本和制造難度，受信號質量的影響較小，精度較高；隨著信噪比的提高，使得距離的測量結果更加精準；而且在信號失真的特殊情況下，也有很高的精度，所以從根本上降低了產品從硬件設計上和光學設計上的難度，降低了生產成本，大大提高了產品的競爭力和生存能力。

技術領域

本發明屬于測距技術領域，具體涉及一種激光雷達高精度測距方法及系統。

背景技術

激光測距是利用發射信號與接收到的目標反射信號空間傳播時間確定目標距離。由儀器發射光脈沖，一部分直接進入接收光電器件，作為內光路信號，另一部分發射出去，經過目標體反射回來進入接收光電器件，作為外光路信號。激光測距通常有兩種方法，一種叫脈沖測距，測量內光路信號同外光路信號相隔的時間t，可求出距離(c為光速)：

L＝ct/2；

測程為幾公里、十幾公里，甚至可達幾十萬公里，但是精度比較低，一般為米級或分米級。另一種是相位測距，利用周期為T的高頻電振蕩將測距儀的發射光源進行振幅調制，使光強隨電振蕩的頻率周期性地明暗變化。調制光波在待測距離上往返傳播，使同一瞬間的發射光與接收光產生相位差據此間接計算出距離，(如圖1所示)相當于用長度為λ/2的光波尺來測距：

其中，λ為激光波長，f為激光頻率；為相位差，n為正弦周期的個數；相位式激光測距裝置成本低廉、組成簡易、精度大、測距范圍大，基本能滿足大部分需求。

但儀器在實際測量中還受到多方面的影響：第一個是由于電路噪聲和設計的不合理會對脈沖信號帶來干擾，造成了信號不可避免的帶著噪聲(如圖2所示)，影響最后的測量精度；第二個是光學系統，光學系統的設計對儀器信號的接收有很大的影響，而光學系統的設計和生產周期都比較長，提高難度比較高，不利于擴大生產；最后一個是反射體反射能力的限制和外界因素干擾，反射體反射能力不同和干擾會造成各種形狀的外光路信號(如圖3所示)，影響最后的測量精度，做普通測量沒有太大問題，但是應用到高精度的測量環境中卻略顯不足。

因為上述缺點直接導致了激光信號的上升沿和下降沿并不是嚴格對稱的。在這里我們用到了一個工具自協方差。自協方差函數是描述隨機信號X(t)在任意兩個不同時刻t1，t2，的取值之間的二階混合中心矩，用來描述X(t)在兩個時刻取值的起伏變化(相對與均值)的相關程度，也稱為中心化的自相關函數。簡單來說就是兩次觀察之間的相似度對它們之間的時間差的函數，找出重復模式(如被噪聲掩蓋的周期信號)，或識別隱含在信號諧波頻率中消失的基頻的數學工具。它常用于信號處理中，用來分析函數或一系列值，如時域信號。

自協方差在統計學中，特定時間序列或者連續信號X(t)的自協方差是信號(時間i)與其經過時間平移的信號(時間j)之間的協方差。假設序列的期望值為E[X(t)]＝μ(t)，那么自協方差為：

γ(i，j)＝E[(X_(i)-μ_(i))(X_(j)-μ_(j))]；

其中E是期望值運算符；X_(i)是時間i時的信號；X_(j)是時間j時的信號；μ_(i)是X(t)在時間i的期望值；μ_(j)是X(t)在時間j的期望值；如果X(t)是二階平穩過程，那么有更加常見的定義：

γ(k)＝E[(X_(i)-μ)(X_(i-k)-μ)]；