一種脈沖激光測距儀及其實(shí)施方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測距儀，尤其涉及一種脈沖激光測距儀及其實(shí)施方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的激光測距因激光方向性好、亮度高、波長單一、測程遠(yuǎn)、測量精度高而漸漸取代其它測距方式。激光測距方法大體可分為三類:相位式激光測距、脈沖式激光測距、干涉測距法。在上述激光測距的三類方法中，比較常用的激光測距方法為脈沖激光測距法以及相位測距法。然而干涉測距法因其對(duì)外界環(huán)境以及測距設(shè)備的要求較高，且抗干擾能力較差，一般只是在特殊場合下使用。相位激光測距的精度比脈沖激光測距的精度要高，不過，要具備長測程，相位激光測距系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜難于設(shè)計(jì)。
[0003]其中傳統(tǒng)的脈沖激光測距系統(tǒng)是利用光電傳感器把脈沖激光回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過放大電路把電信號(hào)放大后送入比較器，把高于預(yù)先設(shè)定的閾值的信號(hào)作為系統(tǒng)接收的脈沖激光回波信號(hào)。由此可見，測距是存在一定前提的，就是回波信號(hào)幅度要明顯大于噪聲幅度。但在遠(yuǎn)距離測距時(shí)，脈沖激光回波信號(hào)不會(huì)很大，容易被噪聲所淹沒。此時(shí)，傳統(tǒng)的脈沖激光測距系統(tǒng)無法區(qū)分脈沖激光回波信號(hào)和噪聲，難以設(shè)置準(zhǔn)確閾值門限，從而致使測距系統(tǒng)測距錯(cuò)誤，制約了系統(tǒng)的測量范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決上述提出的問題，提供新的處理回波信號(hào)方法，能夠區(qū)分脈沖激光回波信號(hào)與噪聲，從而使得與傳統(tǒng)脈沖激光測距系統(tǒng)相比測程更遠(yuǎn)的一種脈沖激光測距儀及其實(shí)施方法。
[0005]本發(fā)明的目的是以如下方式實(shí)現(xiàn)的:一種脈沖激光測距儀，具有脈沖激光產(chǎn)生電路、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，接收光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器，所述脈沖激光產(chǎn)生電路輸出端分別連接發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和內(nèi)光路的輸入端，所述內(nèi)光路的輸出端連通光電傳感器，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)通過發(fā)射光后回波給接收光學(xué)系統(tǒng)與光電傳感器的輸入端連通，所述光電傳感器的輸出端與前置放大電路的輸入端電聯(lián)。
[0006]上述的一種脈沖激光測距儀，所述前置放大電路的輸出端與主放大電路的輸入端連接。
[0007]上述的一種脈沖激光測距儀，所述主放大電路的輸出端通過高速AD采集與數(shù)字濾波和自相關(guān)檢測電路連接。
[0008]上述的一種脈沖激光測距儀，所述數(shù)字濾波和自相關(guān)檢測電路與控制電路連接，所述控制電路的輸出端與LCD顯示器連接，按鍵的輸出端與控制電路連接。
[0009]上述的一種脈沖激光測距儀的實(shí)施方法，所述激光發(fā)射脈沖在納秒量級(jí)，激光回波由于被測目標(biāo)的作用將展寬甚至變形，輸出的脈沖寬度一般為數(shù)十納秒，所述回波信號(hào)經(jīng)高速AD采樣后需要做如下處理:
[0010]A、對(duì)數(shù)字波形進(jìn)行濾波去噪。由于存在背景光及探測器噪聲，采樣數(shù)據(jù)中肯定存在不屬于激光回波脈沖的雜散數(shù)據(jù)，激光回波信號(hào)可能淹沒在其中，所以有必要進(jìn)行濾波處理，提高采樣數(shù)據(jù)的信噪比；
[0011]B、計(jì)算內(nèi)光路回波和目標(biāo)回波的峰值Vft、Vg及它們所在的采樣點(diǎn)位置序列號(hào)Lft、L目；
[0012]C、計(jì)算等效脈沖寬度。在Lp兩側(cè)，分別計(jì)算幅度等于0.707Vp的點(diǎn)到峰值處的間隔點(diǎn)數(shù)nl，n2，則等效脈沖寬度可以用下式來表達(dá):
[0013]τ = Ts.(nl+n2)；
[0014]D、計(jì)算回波延時(shí)。計(jì)算兩個(gè)回波的位置序列號(hào)L& Lg之間的采樣點(diǎn)數(shù)目k，它乘以波形數(shù)字化間隔Ts，就等于兩次激光回波相對(duì)時(shí)延Tr = k.Ts。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種基于高速ADC的數(shù)字化脈沖激光測距信號(hào)處理系統(tǒng)，借助FIR數(shù)字濾波并結(jié)合自相關(guān)檢測的方法對(duì)脈沖激光回波信號(hào)進(jìn)行降噪，提升脈沖激光回波信號(hào)信噪比，使脈沖激光信號(hào)從干擾中充分恢復(fù)出來，從而可以提高系統(tǒng)的測程及精度。
【附圖說明】
[0016]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0018]實(shí)施例1
[0019]見圖1所示，一種脈沖激光測距儀，其特征在于:具有脈沖激光產(chǎn)生電路1、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)2,接收光學(xué)系統(tǒng)3、光電傳感器4和前置放大電路6,所述脈沖激光產(chǎn)生電路1輸出端分別連接發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)2和內(nèi)光路5的輸入端，所述內(nèi)光路5的輸出端連通光電傳感器4，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)2輸出端通過接收光學(xué)系統(tǒng)3與光電傳感器4的輸入端連接，所述光電傳感器4的輸出端與前置放大電路6的輸入端電聯(lián)。所述前置放大電路6的輸出端與主放大電路7的輸入端連接。所述主放大電路7的輸出端通過高速AD采集8與數(shù)字濾波和自相關(guān)檢測電路9連接。
[0020]所述數(shù)字濾波和自相關(guān)檢測電路9與控制電路10連接，所述控制電路10的輸出端與LCD顯示器12連接，按鍵11的輸出端與控制電路10連接。
[0021]其工作過程為:脈沖激光的小部分能量通過內(nèi)光路5反射后被光電傳感器4接收，其余能量通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)2后向被測目標(biāo)發(fā)射，光電傳感器4接收回波信號(hào)。光電傳感器4的輸出信號(hào)通過前置放大電路6和主放大電路7之后，送入高速AD采集器8，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波和相關(guān)檢測處理，計(jì)算出光電傳感器兩次接收到的信號(hào)的延時(shí)，就能計(jì)算出被測目標(biāo)相對(duì)內(nèi)光路5的距離，把內(nèi)光路5到接收管的距離作為一個(gè)已知的基準(zhǔn)值，那么很容易就能計(jì)算出被測目標(biāo)的距離值。測距精度主要取決于高速AD的采樣頻率及軟件算法優(yōu)化。
[0022]其中一種脈沖激光測距儀的實(shí)施方法，所述激光發(fā)射脈沖在納秒量級(jí)，激光回波由于被測目標(biāo)的作用將展寬甚至變形，輸出的脈沖寬度一般為數(shù)十納秒，所述回波信號(hào)經(jīng)高速AD采樣后需要做如下處理:
[0023]A、對(duì)數(shù)字波形進(jìn)行濾波去噪。由于存在背景光及探測器噪聲，采樣數(shù)據(jù)中肯定存在不屬于激光回波脈沖的雜散數(shù)據(jù)，激光回波信號(hào)可能淹沒在其中，所以有必要進(jìn)行濾波處理，提高采樣數(shù)據(jù)的信噪比；
[0024]B、計(jì)算內(nèi)光路回波和目標(biāo)回波的峰值VpVg及它們所在的采樣點(diǎn)位置序列號(hào)1^、L目；
[0025]C、計(jì)算等效脈沖寬度。在Lp兩側(cè)，分別計(jì)算幅度等于0.707Vp的點(diǎn)到峰值處的間隔點(diǎn)數(shù)nl，n2，則等效脈沖寬度可以用下式來表達(dá):
[0026]τ = Ts.(nl+n2)；
[0027]D、計(jì)算回波延時(shí)。計(jì)算兩個(gè)回波的位置序列號(hào)L& Lg之間的采樣點(diǎn)數(shù)目k，它乘以波形數(shù)字化間隔Ts，就等于兩次激光回波相對(duì)時(shí)延Tr = k.Ts。
[0028]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種脈沖激光測距儀，其特征在于:具有脈沖激光產(chǎn)生電路、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，接收光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器，所述脈沖激光產(chǎn)生電路輸出端分別連接發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和內(nèi)光路的輸入端，所述內(nèi)光路的輸出端連通光電傳感器，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)通過發(fā)射光后回波給接收光學(xué)系統(tǒng)與光電傳感器的輸入端連通，所述光電傳感器的輸出端與前置放大電路的輸入端電聯(lián)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖激光測距儀，其特征在于:所述前置放大電路的輸出端與主放大電路的輸入端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種脈沖激光測距儀，其特征在于:所述主放大電路的輸出端通過高速AD采集與數(shù)字濾波和自相關(guān)檢測電路連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種脈沖激光測距儀，其特征在于:所述數(shù)字濾波和自相關(guān)檢測電路與控制電路連接，所述控制電路的輸出端與LCD顯示器連接，按鍵的輸出端與控制電路連接。5.一種脈沖激光測距儀的實(shí)施方法，其特征在于:所述激光發(fā)射脈沖在納秒量級(jí)，激光回波由于被測目標(biāo)的作用將展寬甚至變形，輸出的脈沖寬度一般為數(shù)十納秒，所述回波信號(hào)經(jīng)高速AD采樣后需要做如下處理: A、對(duì)數(shù)字波形進(jìn)行濾波去噪。由于存在背景光及探測器噪聲，采樣數(shù)據(jù)中肯定存在不屬于激光回波脈沖的雜散數(shù)據(jù)，激光回波信號(hào)可能淹沒在其中，所以有必要進(jìn)行濾波處理，提高采樣數(shù)據(jù)的信噪比； B、計(jì)算內(nèi)光路回波和目標(biāo)回波的峰值V&Vg及它們所在的采樣點(diǎn)位置序列號(hào)LpLg; C、計(jì)算等效脈沖寬度。在Lp兩側(cè)，分別計(jì)算幅度等于0.707Vp的點(diǎn)到峰值處的間隔點(diǎn)數(shù)nl，n2，則等效脈沖寬度可以用下式來表達(dá):τ = Ts.(nl+n2)； D、計(jì)算回波延時(shí)。計(jì)算兩個(gè)回波的位置序列號(hào)LpLg之間的采樣點(diǎn)數(shù)目k，它乘以波形數(shù)字化間隔Ts，就等于兩次激光回波相對(duì)時(shí)延Tr = k.Ts。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種脈沖激光測距儀，具有脈沖激光產(chǎn)生電路、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，接收光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器，所述脈沖激光產(chǎn)生電路輸出端分別連接發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和內(nèi)光路的輸入端，所述內(nèi)光路的輸出端連通光電傳感器，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)通過發(fā)射光后回波給接收光學(xué)系統(tǒng)與光電傳感器的輸入端連通，所述光電傳感器的輸出端與前置放大電路的輸入端電聯(lián)，借助FIR數(shù)字濾波并結(jié)合自相關(guān)檢測的方法對(duì)脈沖激光回波信號(hào)進(jìn)行降噪，提升脈沖激光回波信號(hào)信噪比，使脈沖激光信號(hào)從干擾中充分恢復(fù)出來，從而可以提高系統(tǒng)的測程及精度。
【IPC分類】G01S17/08, G01S7/48
【公開號(hào)】CN105319556
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410298095
【發(fā)明人】梁立濤
【申請(qǐng)人】常州大地測繪科技有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年6月24日