CN105319556A - 一种脉冲激光测距仪及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脉冲激光测距仪，具有脉冲激光产生电路、发射光学系统，接收光学系统、光电传感器，所述脉冲激光产生电路输出端分别连接发射光学系统和内光路的输入端，所述内光路的输出端连通光电传感器，所述发射光学系统通过发射光后回波给接收光学系统与光电传感器的输入端连通，所述光电传感器的输出端与前置放大电路的输入端电联，借助FIR数字滤波并结合自相关检测的方法对脉冲激光回波信号进行降噪，提升脉冲激光回波信号信噪比，使脉冲激光信号从干扰中充分恢复出来，从而可以提高系统的测程及精度。

Description

一种脉冲激光测距仪及其实施方法

技术领域

本发明涉及一种测距仪，尤其涉及一种脉冲激光测距仪及其实施方法。

背景技术

现有的激光测距因激光方向性好、亮度高、波长单一、测程远、测量精度高而渐渐取代其它测距方式。激光测距方法大体可分为三类：相位式激光测距、脉冲式激光测距、干涉测距法。在上述激光测距的三类方法中，比较常用的激光测距方法为脉冲激光测距法以及相位测距法。然而干涉测距法因其对外界环境以及测距设备的要求较高，且抗干扰能力较差，一般只是在特殊场合下使用。相位激光测距的精度比脉冲激光测距的精度要高，不过，要具备长测程，相位激光测距系统的电路结构复杂难于设计。

其中传统的脉冲激光测距系统是利用光电传感器把脉冲激光回波信号转换为电信号，通过放大电路把电信号放大后送入比较器，把高于预先设定的阈值的信号作为系统接收的脉冲激光回波信号。由此可见，测距是存在一定前提的，就是回波信号幅度要明显大于噪声幅度。但在远距离测距时，脉冲激光回波信号不会很大，容易被噪声所淹没。此时，传统的脉冲激光测距系统无法区分脉冲激光回波信号和噪声，难以设置准确阈值门限，从而致使测距系统测距错误，制约了系统的测量范围。

发明内容

本发明的目的是解决上述提出的问题，提供新的处理回波信号方法，能够区分脉冲激光回波信号与噪声，从而使得与传统脉冲激光测距系统相比测程更远的一种脉冲激光测距仪及其实施方法。

本发明的目的是以如下方式实现的：一种脉冲激光测距仪，具有脉冲激光产生电路、发射光学系统，接收光学系统、光电传感器，所述脉冲激光产生电路输出端分别连接发射光学系统和内光路的输入端，所述内光路的输出端连通光电传感器，所述发射光学系统通过发射光后回波给接收光学系统与光电传感器的输入端连通，所述光电传感器的输出端与前置放大电路的输入端电联。

上述的一种脉冲激光测距仪，所述前置放大电路的输出端与主放大电路的输入端连接。

上述的一种脉冲激光测距仪，所述主放大电路的输出端通过高速AD采集与数字滤波和自相关检测电路连接。

上述的一种脉冲激光测距仪，所述数字滤波和自相关检测电路与控制电路连接，所述控制电路的输出端与LCD显示器连接，按键的输出端与控制电路连接。

上述的一种脉冲激光测距仪的实施方法，所述激光发射脉冲在纳秒量级，激光回波由于被测目标的作用将展宽甚至变形，输出的脉冲宽度一般为数十纳秒，所述回波信号经高速AD采样后需要做如下处理：

A、对数字波形进行滤波去噪。由于存在背景光及探测器噪声，采样数据中肯定存在不属于激光回波脉冲的杂散数据，激光回波信号可能淹没在其中，所以有必要进行滤波处理，提高采样数据的信噪比；

B、计算内光路回波和目标回波的峰值V_内、V_目及它们所在的采样点位置序列号L_内、L_目；

C、计算等效脉冲宽度。在Lp两侧，分别计算幅度等于0.707Vp的点到峰值处的间隔点数n1，n2，则等效脉冲宽度可以用下式来表达：

τ＝Ts·(n1+n2)；

D、计算回波延时。计算两个回波的位置序列号L_内、L_目之间的采样点数目k，它乘以波形数字化间隔Ts，就等于两次激光回波相对时延Tr＝k·Ts。

本发明的优点：本发明的目的是设计一种基于高速ADC的数字化脉冲激光测距信号处理系统，借助FIR数字滤波并结合自相关检测的方法对脉冲激光回波信号进行降噪，提升脉冲激光回波信号信噪比，使脉冲激光信号从干扰中充分恢复出来，从而可以提高系统的测程及精度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1

见图1所示，一种脉冲激光测距仪，其特征在于：具有脉冲激光产生电路1、发射光学系统2，接收光学系统3、光电传感器4和前置放大电路6，所述脉冲激光产生电路1输出端分别连接发射光学系统2和内光路5的输入端，所述内光路5的输出端连通光电传感器4，所述发射光学系统2输出端通过接收光学系统3与光电传感器4的输入端连接，所述光电传感器4的输出端与前置放大电路6的输入端电联。所述前置放大电路6的输出端与主放大电路7的输入端连接。所述主放大电路7的输出端通过高速AD采集8与数字滤波和自相关检测电路9连接。

所述数字滤波和自相关检测电路9与控制电路10连接，所述控制电路10的输出端与LCD显示器12连接，按键11的输出端与控制电路10连接。

其工作过程为：脉冲激光的小部分能量通过内光路5反射后被光电传感器4接收，其余能量通过发射光学系统2后向被测目标发射，光电传感器4接收回波信号。光电传感器4的输出信号通过前置放大电路6和主放大电路7之后，送入高速AD采集器8，对采集到的信号进行滤波和相关检测处理，计算出光电传感器两次接收到的信号的延时，就能计算出被测目标相对内光路5的距离，把内光路5到接收管的距离作为一个已知的基准值，那么很容易就能计算出被测目标的距离值。测距精度主要取决于高速AD的采样频率及软件算法优化。

其中一种脉冲激光测距仪的实施方法，所述激光发射脉冲在纳秒量级，激光回波由于被测目标的作用将展宽甚至变形，输出的脉冲宽度一般为数十纳秒，所述回波信号经高速AD采样后需要做如下处理：

A、对数字波形进行滤波去噪。由于存在背景光及探测器噪声，采样数据中肯定存在不属于激光回波脉冲的杂散数据，激光回波信号可能淹没在其中，所以有必要进行滤波处理，提高采样数据的信噪比；

B、计算内光路回波和目标回波的峰值V_内、V_目及它们所在的采样点位置序列号L_内、L_目；

C、计算等效脉冲宽度。在Lp两侧，分别计算幅度等于0.707Vp的点到峰值处的间隔点数n1，n2，则等效脉冲宽度可以用下式来表达：

τ＝Ts·(n1+n2)；

D、计算回波延时。计算两个回波的位置序列号L_内、L_目之间的采样点数目k，它乘以波形数字化间隔Ts，就等于两次激光回波相对时延Tr＝k·Ts。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种脉冲激光测距仪，其特征在于：具有脉冲激光产生电路、发射光学系统，接收光学系统、光电传感器，所述脉冲激光产生电路输出端分别连接发射光学系统和内光路的输入端，所述内光路的输出端连通光电传感器，所述发射光学系统通过发射光后回波给接收光学系统与光电传感器的输入端连通，所述光电传感器的输出端与前置放大电路的输入端电联。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲激光测距仪，其特征在于：所述前置放大电路的输出端与主放大电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种脉冲激光测距仪，其特征在于：所述主放大电路的输出端通过高速AD采集与数字滤波和自相关检测电路连接。

4.根据权利要求3所述的一种脉冲激光测距仪，其特征在于：所述数字滤波和自相关检测电路与控制电路连接，所述控制电路的输出端与LCD显示器连接，按键的输出端与控制电路连接。

5.一种脉冲激光测距仪的实施方法，其特征在于：所述激光发射脉冲在纳秒量级，激光回波由于被测目标的作用将展宽甚至变形，输出的脉冲宽度一般为数十纳秒，所述回波信号经高速AD采样后需要做如下处理：

A、对数字波形进行滤波去噪。由于存在背景光及探测器噪声，采样数据中肯定存在不属于激光回波脉冲的杂散数据，激光回波信号可能淹没在其中，所以有必要进行滤波处理，提高采样数据的信噪比；

B、计算内光路回波和目标回波的峰值V_内、V_目及它们所在的采样点位置序列号L_内、L_目；

C、计算等效脉冲宽度。在Lp两侧，分别计算幅度等于0.707Vp的点到峰值处的间隔点数n1，n2，则等效脉冲宽度可以用下式来表达：

τ＝Ts·(n1+n2)；

D、计算回波延时。计算两个回波的位置序列号L_内、L_目之间的采样点数目k，它乘以波形数字化间隔Ts，就等于两次激光回波相对时延Tr＝k·Ts。