CN103235314B - 脉冲激光测距系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小盲区的脉冲激光测距的系统及方法，配以相应的处理电路，提出一种基于脉冲式激光测距仪的小盲区信号处理方法，使用高精度计时单元，能准确测出激光脉冲发出和接收到的准确时间，并精确到皮秒级；同时采用信号处理单元，可以将接收到的激光脉冲进行信号放大和整形鉴别，辅以较为先进的算法，可以准确的测得较近距离之间的激光反射脉冲，使激光脉冲测距在保证一定的精度下盲区降低至1米以内。
Description
技术领域
本发明涉及一种小盲区脉冲激光测距系统及方法。
背景技术
脉冲式激光测距技术具有原理简单、测量速度快、测程远的特点，但近距离激光测距一直是脉冲式测距的难点。当前国内外脉冲式的激光测距仪大多都设定了测距盲区，在小于一定距离的范围内由于测量缺乏准确性，不显示测距结果。
脉冲式激光测距“盲区”的存在的主要原因是，当距离很近时，由于脉冲式激光测距的回波信号峰值功率过强，使光电接收器件饱和或接近饱和，回波信号产生了畸变，导致无法测量或结果偏差，较为先进的测距系统的盲区范围最低不低于5米。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决一般脉冲激光测距系统在小距离内信号处理的不准确性，提供了一种精度高、盲区小的脉冲激光测距系统。
技术方案：本发明所述的脉冲激光测距系统，其目的是这样实现的，
一种脉冲激光测距系统，与电源连接的各部分模块单元包括：
处理控制单元，其包括开关机电路、控制模块和输出模块，控制模块在收到操作响应后发出动作信号，并可根据时间间隔计算出系统与被测目标间的距离D；
激光发射单元，其与处理控制单元连接，接收所述控制模块发出的动作信号，发出激光脉冲信号，同时发出start计时信号；
激光接收单元，其接收到激光发射单元发出并经被测目标反射折回的激光脉冲信号，发出脉冲数据信号；
信号处理单元，其与激光接收单元连接，接收由激光接收单元发出的脉冲数据信号，经信号放大和整形鉴别后，发出stop计时信号；
高精度计时单元，其与信号处理单元、激光发射单元、处理控制单元连接，接收由激光发射单元发出的start计时信号和由信号处理单元发出的stop计时信号时，分别记录时间节点，将start和stop计时信号之间的时间间隔Δt传送给处理控制单元。
如上所述的脉冲激光测距系统，所述激光发射单元包括高压发生器、驱动电路、半导体激光器，所述激光发射单元在收到处理控制单元的动作信号后，高压发生器产生80～120V的高压供驱动电路驱动半导体激光器。
如上所述的脉冲激光测距系统，所述驱动电路在小于100ns的脉宽内产生大于40A的电流，使半导体激光器释放一个瞬时功率在30～40W的激光脉冲。
如上所述的脉冲激光测距系统，所述激光接收单元为APD光电管，由于激光脉冲经被测目标反射后，被APD光电管接收到的激光功率很微弱，APD管将其转换为nA级的电流，信号处理单元中的前置放大电路将该微弱的电流信号放大转换为可识别的电压信号，经脉冲前沿鉴别电路比较确定后，产生一个stop计时信号给高精度计时单元芯片用于测量时间间隔。
如上所述的脉冲激光测距系统，所述半导体激光器为LD激光器。
根据如上所述脉冲激光测距系统的计算方法如下，
①高精度计时单元接收的激光发射单元发出的start计时信号和由信号处理单元发出的stop计时信号，以脉冲形式分别测出脉冲前沿（上升沿）和后沿（下降沿）的到达时间T_u和T_d；
②计算脉冲宽度
BW＝T_d-T_u；
③当测量距离较近时，脉冲宽度BW值高于特定值VT时，处理控制单元根据以下公式计算出系统与被测目标间的距离D：
D＝K1［T_u+a×ln(BW+b)］+c1；
当测量距离较远时，脉冲宽度BW值低于特定值VT时，处理控制单元根据以下公式计算出系统与被测目标间的距离D：
D＝K2［(T_d+T_u)2］+c2；
VT＝50ns 0＜a＜10 0＜b＜10 0＜c1＜500 0＜c2＜500
其中，K1、K2为“时间-距离转换常数”；a、b为校正参数；c1、c2为仪器的加常数。
有益效果：本发明所述的脉冲激光测距系统，使用高精度计时单元，能准确测出激光脉冲发出和接收到的准确时间，并精确到皮秒级；同时采用信号处理单元，可以将接收到的激光脉冲进行信号放大和整形鉴别，辅以较为先进的算法，可以准确的测得较近距离之间的激光反射脉冲，使激光脉冲测距在保证一定的精度下盲区降低至1米以内。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
参见图1所示，脉冲激光测距系统，包括：
处理控制单元，其包括开关机电路、控制模块和输出模块，控制模块在收到操作响应后发出动作信号，并可根据时间间隔计算出系统与被测目标间的距离D；
激光发射单元，其与处理控制单元连接，接收所述控制模块发出的动作信号，发出激光脉冲信号，同时发出start计时信号；
激光接收单元，其接收到激光发射单元发出并经被测目标反射折回的激光脉冲信号，发出脉冲数据信号；
信号处理单元，其与激光接收单元连接，接收由激光接收单元发出的脉冲数据信号，经信号放大和整形鉴别后，发出stop计时信号；
高精度计时单元，其与信号处理单元、激光发射单元、处理控制单元连接，接收由激光发射单元发出的start计时信号和由信号处理单元发出的stop计时信号时，分别记录时间节点，将start和stop计时信号之间的时间间隔Δt传送给处理控制单元。
如上所述的脉冲激光测距系统，所述激光发射单元包括高压发生器、驱动电路、半导体激光器，所述激光发射单元在收到处理控制单元的动作信号后，高压发生器产生80～120V的高压供驱动电路驱动半导体激光器。
如上所述的脉冲激光测距系统，所述驱动电路在小于100ns的脉宽内产生大于40A的电流，使半导体激光器释放一个瞬时功率在30～40W的激光脉冲。
如上所述的脉冲激光测距系统，所述激光接收单元为APD光电管，由于激光脉冲经被测目标反射后，被APD光电管接收到的激光功率很微弱，APD管将其转换为nA级的电流，信号处理单元中的前置放大电路将该微弱的电流信号放大转换为可识别的电压信号，经脉冲前沿鉴别电路比较确定后，产生一个stop计时信号给高精度计时单元芯片用于测量时间间隔。
如上所述的脉冲激光测距系统，所述半导体激光器为LD激光器。
根据如上所述脉冲激光测距系统的计算方法如下，
①高精度计时单元接收的激光发射单元发出的start计时信号和由信号处理单元发出的stop计时信号，以脉冲形式分别测出脉冲前沿（上升沿）和后沿（下降沿）的到达时间T_u和T_d；
②计算脉冲宽度
BW＝T_d-T_u；
③当测量距离较近时，脉冲宽度BW值高于特定值VT时，处理控制单元根据以下公式计算出系统与被测目标间的距离D：
D＝K1［T_u+a×ln(BW+b)］+c1；
当测量距离较远时，脉冲宽度BW值低于特定值VT时，处理控制单元根据以下公式计算出系统与被测目标间的距离D：
D＝K2［(T_d+T_u)2］+c2；
VT＝50ns 0＜a＜10 0＜b＜10 0＜c1＜500 0＜c2＜500
其中，K1、K2为“时间-距离转换常数”；a、b为校正参数；c1、c2为仪器的加常数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种脉冲激光测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
①高精度计时单元接收的激光发射单元发出的start计时信号和由信号处理单元发出的stop计时信号，以脉冲形式分别测出脉冲前沿和后沿的到达时间T_u和T_d；
②计算脉冲宽度
BW＝T_d-T_u；
③当测量距离较近时，脉冲宽度BW值高于特定值VT时，处理控制单元根据以下公式计算出系统与被测目标间的距离D：
D＝K1[T_u+a×ln(BW+b)]+c1；
当测量距离较远时，脉冲宽度BW值低于特定值VT时，处理控制单元根据以下公式计算出系统与被测目标间的距离D：
D＝K2[(T_d+T_u)/2]+c2；
VT＝50ns 0＜a＜10 0＜b＜10 0＜c1＜500 0＜c2＜500
其中，K1、K2为“时间-距离转换常数”；a、b为校正参数；c1、c2为仪器的加常数。
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| CN103235314A CN103235314A (zh) | 2013-08-07 |
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