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專利名稱：脈沖激光測距系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小盲區(qū)脈沖激光測距系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
脈沖式激光測距技術(shù)具有原理簡單、測量速度快、測程遠(yuǎn)的特點(diǎn)，但近距離激光測距一直是脈沖式測距的難點(diǎn)。當(dāng)前國內(nèi)外脈沖式的激光測距儀大多都設(shè)定了測距盲區(qū)，在小于一定距離的范圍內(nèi)由于測量缺乏準(zhǔn)確性，不顯示測距結(jié)果。脈沖式激光測距“盲區(qū)”的存在的主要原因是，當(dāng)距離很近時，由于脈沖式激光測距的回波信號峰值功率過強(qiáng)，使光電接收器件飽和或接近飽和，回波信號產(chǎn)生了畸變，導(dǎo)致無法測量或結(jié)果偏差，較為先進(jìn)的測距系統(tǒng)的盲區(qū)范圍最低不低于5米。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是為了解決一般脈沖激光測距系統(tǒng)在小距離內(nèi)信號處理的不準(zhǔn)確性，提供了一種精度高、盲區(qū)小的脈沖激光測距系統(tǒng)。技術(shù)方案:本發(fā)明所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，其目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種脈沖激光測距系統(tǒng)，與電源連接的各部分模塊單元包括:處理控制單元，其包括開關(guān)機(jī)電路、控制模塊和輸出模塊，控制模塊在收到操作響應(yīng)后發(fā)出動作信號，并可根據(jù)時間間隔計(jì)算出系統(tǒng)與被測目標(biāo)間的距離D ;激光發(fā)射單元，其與處理控制單元連接，接收所述控制模塊發(fā)出的動作信號，發(fā)出激光脈沖信號，同時發(fā)出s tart計(jì)時信號；激光接收單元，其接收到激光發(fā)射單元發(fā)出并經(jīng)被測目標(biāo)反射折回的激光脈沖信號，發(fā)出脈沖數(shù)據(jù)信號；信號處理單元，其與激光接收單元連接，接收由激光接收單元發(fā)出的脈沖數(shù)據(jù)信號，經(jīng)信號放大和整形鑒別后，發(fā)出Stop計(jì)時信號；高精度計(jì)時單元，其與信號處理單元、激光發(fā)射單元、處理控制單元連接，接收由激光發(fā)射單元發(fā)出的Start計(jì)時信號和由信號處理單元發(fā)出的stop計(jì)時信號時，分別記錄時間節(jié)點(diǎn)，將start和stop計(jì)時信號之間的時間間隔Δ t傳送給處理控制單元。如上所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，所述激光發(fā)射單元包括高壓發(fā)生器、驅(qū)動電路、半導(dǎo)體激光器，所述激光發(fā)射單元在收到處理控制單元的動作信號后，高壓發(fā)生器產(chǎn)生80 120V的高壓供驅(qū)動電路驅(qū)動半導(dǎo)體激光器。如上所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，所述驅(qū)動電路在小于IOOns的脈寬內(nèi)產(chǎn)生大于40A的電流，使半導(dǎo)體激光器釋放一個瞬時功率在30 40W的激光脈沖。如上所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，所述激光接收單元為Aro光電管，由于激光脈沖經(jīng)被測目標(biāo)反射后，被APD光電管接收到的激光功率很微弱，APD管將其轉(zhuǎn)換為nA級的電流，信號處理單元中的前置放大電路將該微弱的電流信號放大轉(zhuǎn)換為可識別的電壓信號，經(jīng)脈沖前沿鑒別電路比較確定后，產(chǎn)生一個stop計(jì)時信號給高精度計(jì)時單元芯片用于測量時間間隔。如上所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器為LD激光器。根據(jù)如上所述脈沖激光測距系統(tǒng)的計(jì)算方法如下，①高精度計(jì)時單元接收的激光發(fā)射單元發(fā)出的start計(jì)時信號和由信號處理單元發(fā)出的Stop計(jì)時信號，以脈沖形式分別測出脈沖前沿(上升沿)和后沿(下降沿)的到達(dá)時間T_u和T_d ；②計(jì)算脈沖寬度Bff = T_d_T_u ；③當(dāng)測量距離較近時，脈沖寬度BW值高于特定值VT時，處理控制單元根據(jù)以下公式計(jì)算出系統(tǒng)與被測目標(biāo)間的距離D:
D = K1 [ T_u+a X In (Bff+b) ] +C1 ；當(dāng)測量距離較遠(yuǎn)時，脈沖寬度BW值低于特定值VT時，處理控制單元根據(jù)以下公式計(jì)算出系統(tǒng)與被測目標(biāo)間的距離D:D = K2 [ (T_d+T_u) 2 ] +C2 ；VT = 50ns O < a < 10 O < b < 10 O < C1 < 500 O < C2 < 500其中，KpK2為“時間-距離轉(zhuǎn)換常數(shù)” ;a、b為校正參數(shù)；(^、C2為儀器的加常數(shù)。有益效果:本發(fā)明所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，使用高精度計(jì)時單元，能準(zhǔn)確測出激光脈沖發(fā)出和接收到的準(zhǔn)確時間，并精確到皮秒級；同時采用信號處理單元，可以將接收到的激光脈沖進(jìn)行信號放大和整形鑒別，輔以較為先進(jìn)的算法，可以準(zhǔn)確的測得較近距離之間的激光反射脈沖，使激光脈沖測距在保證一定的精度下盲區(qū)降低至I米以內(nèi)。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。參見圖1所示，脈沖激光測距系統(tǒng)，包括:處理控制單元，其包括開關(guān)機(jī)電路、控制模塊和輸出模塊，控制模塊在收到操作響應(yīng)后發(fā)出動作信號，并可根據(jù)時間間隔計(jì)算出系統(tǒng)與被測目標(biāo)間的距離D ；激光發(fā)射單元，其與處理控制單元連接，接收所述控制模塊發(fā)出的動作信號，發(fā)出激光脈沖信號，同時發(fā)出start計(jì)時信號；激光接收單元，其接收到激光發(fā)射單元發(fā)出并經(jīng)被測目標(biāo)反射折回的激光脈沖信號，發(fā)出脈沖數(shù)據(jù)信號；信號處理單元，其與激光接收單元連接，接收由激光接收單元發(fā)出的脈沖數(shù)據(jù)信號，經(jīng)信號放大和整形鑒別后，發(fā)出Stop計(jì)時信號；高精度計(jì)時單元，其與信號處理單元、激光發(fā)射單元、處理控制單元連接，接收由激光發(fā)射單元發(fā)出的start計(jì)時信號和由信號處理單元發(fā)出的stop計(jì)時信號時，分別記錄時間節(jié)點(diǎn)，將start和stop計(jì)時信號之間的時間間隔Δ t傳送給處理控制單元。
如上所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，所述激光發(fā)射單元包括高壓發(fā)生器、驅(qū)動電路、半導(dǎo)體激光器，所述激光發(fā)射單元在收到處理控制單元的動作信號后，高壓發(fā)生器產(chǎn)生80 120V的高壓供驅(qū)動電路驅(qū)動半導(dǎo)體激光器。如上所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，所述驅(qū)動電路在小于IOOns的脈寬內(nèi)產(chǎn)生大于40A的電流，使半導(dǎo)體激光器釋放一個瞬時功率在30 40W的激光脈沖。如上所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，所述激光接收單元為Aro光電管，由于激光脈沖經(jīng)被測目標(biāo)反射后，被APD光電管接收到的激光功率很微弱，APD管將其轉(zhuǎn)換為nA級的電流，信號處理單元中的前置放大電路將該微弱的電流信號放大轉(zhuǎn)換為可識別的電壓信號，經(jīng)脈沖前沿鑒別電路比較確定后，產(chǎn)生一個stop計(jì)時信號給高精度計(jì)時單元芯片用于測量時間間隔。如上所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器為LD激光器。根據(jù)如上所述脈沖激光測距系統(tǒng)的計(jì)算方法如下，①高精度計(jì)時單元接收的激光發(fā)射單元發(fā)出的start計(jì)時信號和由信號處理單元發(fā)出的Stop計(jì)時信號，以脈沖形式分別測出脈沖前沿(上升沿)和后沿(下降沿)的到達(dá)時間T_u和T_d ；②計(jì)算脈沖寬度Bff = T_d_T_u ；③當(dāng)測量距離較近時，脈沖寬度BW值高于特定值VT時，處理控制單元根據(jù)以下公式計(jì)算出系統(tǒng)與被測目標(biāo)間的 距離D:D = K1 [ T_u+a X In (Bff+b) ] +C1 ；當(dāng)測量距離較遠(yuǎn)時，脈沖寬度BW值低于特定值VT時，處理控制單元根據(jù)以下公式計(jì)算出系統(tǒng)與被測目標(biāo)間的距離D:D = K2 [ (T_d+T_u) 2 ] +C2 ；VT = 50ns O < a < 10 O < b < 10 O < C1 < 500 O < C2 < 500其中，KpK2為“時間-距離轉(zhuǎn)換常數(shù)” ;a、b為校正參數(shù)；(^、C2為儀器的加常數(shù)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種脈沖激光測距系統(tǒng)，其特征在于，與電源連接的各部分模塊單元包括: 處理控制單元，其包括開關(guān)機(jī)電路、控制模塊和輸出模塊，控制模塊在收到操作響應(yīng)后發(fā)出動作信號，并可根據(jù)時間間隔計(jì)算出系統(tǒng)與被測目標(biāo)間的距離D ； 激光發(fā)射單元，其與處理控制單元連接，接收所述控制模塊發(fā)出的動作信號，發(fā)出激光脈沖信號，同時發(fā)出start計(jì)時信號； 激光接收單元，其接收到激光發(fā)射單元發(fā)出并經(jīng)被測目標(biāo)反射折回的激光脈沖信號，發(fā)出脈沖數(shù)據(jù)信號； 信號處理單元，其與激光接收單元連接，接收由激光接收單元發(fā)出的脈沖數(shù)據(jù)信號，經(jīng)信號放大和整形鑒別后，發(fā)出stop計(jì)時信號； 高精度計(jì)時單元，其與信號處理單元、激光發(fā)射單元、處理控制單元連接，接收由激光發(fā)射單元發(fā)出的start計(jì)時信號和由信號處理單元發(fā)出的stop計(jì)時信號時，分別記錄時間節(jié)點(diǎn)，將start計(jì)時信號和stop計(jì)時信號之間的時間間隔Δ t傳送給處理控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)射單元包括高壓發(fā)生器、驅(qū)動電路、半導(dǎo)體激光器，所述激光發(fā)射單元在收到處理控制單元的動作信號后，高壓發(fā)生器產(chǎn)生80 120V的高壓供驅(qū)動電路驅(qū)動半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動電路在小于IOOns的脈寬內(nèi)產(chǎn)生大于40A的電流，使半導(dǎo)體激光器釋放一個瞬時功率在30 40W的激光脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述激光接收單元為Aro光電管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的脈沖激光測距系統(tǒng)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器為LD激光器。
6.一種脈沖激光測距方法，其特征在于，包括以下步驟: ①高精度計(jì)時單元接收的激光發(fā)射單元發(fā)出的start計(jì)時信號和由信號處理單元發(fā)出的stop計(jì)時信號，以脈沖形式分別測出脈沖前沿和后沿的到達(dá)時間T_u和T_d ； ②計(jì)算脈沖寬度 Bff = T_d-T_u ； ③當(dāng)測量距離較近時，脈沖寬度BW值高于特定值VT時，處理控制單元根據(jù)以下公式計(jì)算出系統(tǒng)與被測目標(biāo)間的距離D: D = K1 [ T_u+a X In (Bff+b) ] +C1 ； 當(dāng)測量距離較遠(yuǎn)時，脈沖寬度BW值低于特定值VT時，處理控制單元根據(jù)以下公式計(jì)算出系統(tǒng)與被測目標(biāo)間的距離D:D = K2 [ (T_d+T_u)/2] +C2 ； VT = 50ns O < a < 10 O < b < 10 O < C1 < 500 O < C2 < 500 其中，KpK2為“時間-距離轉(zhuǎn)換常數(shù)” ;a、b為校正參數(shù)為儀器的加常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小盲區(qū)的脈沖激光測距的系統(tǒng)及方法，配以相應(yīng)的處理電路，提出一種基于脈沖式激光測距儀的小盲區(qū)信號處理方法，使用高精度計(jì)時單元，能準(zhǔn)確測出激光脈沖發(fā)出和接收到的準(zhǔn)確時間，并精確到皮秒級；同時采用信號處理單元，可以將接收到的激光脈沖進(jìn)行信號放大和整形鑒別，輔以較為先進(jìn)的算法，可以準(zhǔn)確的測得較近距離之間的激光反射脈沖，使激光脈沖測距在保證一定的精度下盲區(qū)降低至1米以內(nèi)。
文檔編號G01S17/08GK103235314SQ20131013685
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者梁立濤 申請人:常州大地測繪科技有限公司