CN105891840A - 激光测距系统 - Google Patents

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李兴广
陈磊
赵爽
周杨
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Abstract

本发明提出了一种激光测距系统包括激光发射单元、激光接收单元和信号处理单元，其特征在于：激光发射单元将信号处理单元产生的调制脉冲信号放大并产生脉冲激光信号，调制脉冲信号放大后产生发射信号；发射信号被激光接收单元探测到，并开始计数，所述脉冲激光信号在被测物体上经过反射后，被激光接收单元探测到，激光接收单元将信号分别进行脉冲到达时间计数和混频，其中对脉冲到达时间计数的值进行计算即可得到粗测距离，而经过混频后的信号用低通滤波电路过滤掉高频分量，然后再对低频分量信号采样；采样后的信号输出到信号处理单元进行处理，并得到相位信息，通过相位信息计算出精测距离，最后将粗测距离和精测距离相加得到被测距离。

Description

激光测距系统
技术领域
本发明涉及一种激光测距系统，应用于工业、航空航天、军事、大地大气探测和机器人技术等领域。
背景技术
随着人类社会的发展,人们对距离测量的要求越来越高。从军事上的空间监视，战场侦察，武器制导，天文上的月球等超远距离星体探测，民用上的大地地貌探测，不仅探测物体更加多样化，而且精度要求也越来越高。随着激光技术、电子技术、计算机技术和集成光学的发展,激光测距技术得到了快速地发展,以此为基础的激光测距系统也正朝着数字化、自动化和小型化的方向发展。
本发明主要是针对解决脉冲激光测距中，测距精度不高的问题，提出了一种激光测距系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构简单，设计合理，精度高，分辨力高，探测距离远，抗干扰能力强，对光源相干性要求低的激光测距系统。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该激光测距系统，包括激光发射单元、激光接收单元和信号处理单元，其特征在于：
所述激光发射单元将信号处理单元产生的调制脉冲信号放大并产生脉冲激光信号，调制脉冲信号放大后产生发射信号；
所述发射信号被激光接收单元探测到，并开始计数，所述脉冲激光信号在被测物体上经过反射后，被激光接收单元探测到，激光接收单元将信号分别进行脉冲到达时间计数和混频，其中对脉冲到达时间计数的值进行计算即可得到粗测距离，而经过混频后的信号用低通滤波电路过滤掉高频分量，然后再对低频分量信号采样；
所述采样后的信号输出到信号处理单元进行处理，并得到相位信息，通过相位信息计算出精测距离，最后将粗测距离和精测距离相加可得到被测距离。
本发明所述激光发射单元包括调制脉冲信号发生器、脉冲驱动电路和激光器，调制脉冲信号发生器、脉冲驱动电路和激光器依次连接，其中调制脉冲信号发生器是信号处理单元的一个组成部分，调制脉冲信号发生器发出调制脉冲信号经脉冲驱动电路放大，驱动激光器发出激光发射信号，同时脉冲驱动电路放大后发出所述的发射信号。
本发明所述激光接收单元包括计数模块、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、第一混频电路、第二混频电路、第一A/D采样电路第二A/D采样电路和本振信号产生电路，所述信号处理单元包括鉴相电路，所述发射信号触发计数模块开始计数，当回波信号到来时，产生第一路回波信号和第二路回波信号，第一路回波信号到达计数模块时，触发计数模块停止计数，通过所得的计数时间得到粗侧距离，第二路回波信号与本振信号产生电路产生的本振信号通过第二混频电路混频，再通过第二低通滤波电路过滤掉高频分量，然后利用第二A/D采样电路进行采样，并最终将信号传输至鉴相电路，计数模块的时钟信号与本振信号产生电路产生的本振信号通过第一混频电路混频，再通过第一低通滤波电路过滤掉高频分量，然后利用第一A/D采样电路进行采样，并最终将信号传输至鉴相电路，鉴相电路对上述两路信号进行鉴相，通过相位差得到精测距离，把精测距离与上述的粗侧距离相加得到被测距离。
本发明还包括雪崩光电二极管、前置放大电路、主放大电路和恒比例时刻鉴别电路，脉冲激光信号在被测物上发生反射，反射回来的微弱回波信号被雪崩光电二极管接收到并将光信号转换成电压信号，该电压信号经前置放大电路和主放大电路放大后，此时的信号称为回波信号，回波信号被分成两路，一路通过恒比例时刻鉴别电路变成第一路回波信号，第一路回波信号触发计数模块停止计数，上述两路回波信号中的另一路信号即为第二路回波信号。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简单，设计合理，精度高，分辨力高，探测距离远，抗干扰能力强，对光源相干性要求低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的激光发射单元的结构框图。
图2是激光接收单元的结构框图。
图3是激光测距系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1。
参见图1至图3，本实施例的激光测距系统包括激光发射单元、激光接收单元和信号处理单元1。
本实施例中的激光发射单元将信号处理单元1产生的调制脉冲信号放大并产生脉冲激光信号，调制脉冲信号放大后产生发射信号Se(t)。
发射信号Se(t)被激光接收单元探测到，并开始计数，脉冲激光信号在被测物体上经过反射后，被激光接收单元探测到，激光接收单元将信号分别进行脉冲到达时间计数和混频，其中对脉冲到达时间计数的值进行计算即可得到粗测距离，而经过混频后的信号用低通滤波器过滤掉高频分量，然后再对低频分量信号采样；
采样后的信号输出到信号处理单元1进行处理，并得到相位信息，通过相位信息计算出精测距离，最后将粗测距离和精测距离相加可得到被测距离。
如图1和图3所示，本实施例中的激光发射单元包括调制脉冲信号发生器2、脉冲驱动电路3和激光器4，调制脉冲信号发生器2、脉冲驱动电路3和激光器4依次连接，其中调制脉冲信号发生器2是信号处理单元1的一个组成部分，调制脉冲信号发生器2发出调制脉冲信号经脉冲驱动电路3放大，驱动激光器4发出脉冲激光信号，同时脉冲驱动电路3放大后发出发射信号Se(t)。
如图2和图3所示，本实施例中的激光接收单元包括计数模块5、第一低通滤波电路6、第二低通滤波电路7、第一混频电路8、第二混频电路9、第一A/D采样电路10、第二A/D采样电路11和本振信号产生电路13，信号处理单元1包括鉴相电路12，发射信号Se(t)触发计数模块5开始计数，当回波信号到来时，产生第一路回波信号S2r(t)和第二路回波信号S1r(t)，第一路回波信号S2r(t)到达计数模块5时，触发计数模块5停止计数，通过所得的计数时间得到粗侧距离，第二路回波信号S1r(t)与本振信号产生电路13产生的本振信号S(t)通过第二混频电路9混频，再通过第二低通滤波电路7过滤掉高频分量，然后利用第二A/D采样电路11进行采样，并最终将信号传输至鉴相电路12，计数模块5的时钟信号clk与本振信号产生电路13产生的本振信号S(t)通过第一混频电路8混频，再通过第一低通滤波电路6过滤掉高频分量，然后利用第一A/D采样电路10进行采样，并最终将信号传输至鉴相电路12，鉴相电路12对上述两路信号进行鉴相，通过相位差得到精测距离，把精测距离与上述的粗侧距离相加得到被测距离。第二路回波信号S1r(t)和计数模块5的时钟信号clk由于频率很高，不利于A/D采样，所以要先将第二路回波信号S1r(t)和计数模块5的时钟信号clk分别进行混频，然后再通过低通滤波电路过滤掉高频分量，再利用A/D采样电路对输出的低频信号进行采样。
本实施例中的激光接收单元的计数模块5、第一低通滤波电路6、第二低通滤波电路7、第一混频电路8、第二混频电路9、第一A/D采样电路10、第二A/D采样电路11和本振信号产生电路13具体连接如图2和图3所示，此处不再赘述。
本实施例还包括雪崩光电二极管14、前置放大电路15、主放大电路16和恒比例时刻鉴别电路17，脉冲激光信号在被测物上发生反射，反射回来的微弱回波信号被雪崩光电二极管14接收到并将光信号转换成电压信号，该电压信号经前置放大电路15和主放大电路16放大后，此时的信号称为回波信号，回波信号被分成两路，一路通过恒比例时刻鉴别电路17变成第一路回波信号S2r(t)，第一路回波信号S2r(t)触发计数模块5停止计数，上述两路回波信号中的另一路信号即为第二路回波信号S1r(t)。
本发明以下优点和效果：结构简单，设计合理，精度高，分辨力高，探测距离远，抗干扰能力强，对光源相干性要求低。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种激光测距系统，包括激光发射单元、激光接收单元和信号处理单元，其特征在于：
所述激光发射单元将信号处理单元产生的调制脉冲信号放大并产生脉冲激光信号，调制脉冲信号放大后产生发射信号；
所述发射信号被激光接收单元探测到，并开始计数，所述脉冲激光信号在被测物体上经过反射后，被激光接收单元探测到，激光接收单元将信号分别进行脉冲到达时间计数和混频，其中对脉冲到达时间计数的值进行计算即可得到粗测距离，而经过混频后的信号用低通滤波电路过滤掉高频分量，然后再对低频分量信号采样；
所述采样后的信号输出到信号处理单元进行处理，并得到相位信息，通过相位信息计算出精测距离，最后将粗测距离和精测距离相加可得到被测距离。
2.根据权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于：所述激光发射单元包括调制脉冲信号发生器、脉冲驱动电路和激光器，调制脉冲信号发生器、脉冲驱动电路和激光器依次连接，其中调制脉冲信号发生器是信号处理单元的一个组成部分，调制脉冲信号发生器发出调制脉冲信号经脉冲驱动电路放大，驱动激光器发出激光发射信号，同时脉冲驱动电路放大后发出所述的发射信号。
3.根据权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于：所述激光接收单元包括计数模块、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、第一混频电路、第二混频电路、第一A/D采样电路第二A/D采样电路和本振信号产生电路，所述信号处理单元包括鉴相电路，所述发射信号触发计数模块开始计数，当回波信号到来时，产生第一路回波信号和第二路回波信号，第一路回波信号到达计数模块时，触发计数模块停止计数，通过所得的计数时间得到粗侧距离，第二路回波信号与本振信号产生电路产生的本振信号通过第二混频电路混频，再通过第二低通滤波电路过滤掉高频分量，然后利用第二A/D采样电路进行采样，并最终将信号传输至鉴相电路，计数模块的时钟信号与本振信号产生电路产生的本振信号通过第一混频电路混频，再通过第一低通滤波电路过滤掉高频分量，然后利用第一A/D采样电路进行采样，并最终将信号传输至鉴相电路，鉴相电路对上述两路信号进行鉴相，通过相位差得到精测距离，把精测距离与上述的粗侧距离相加得到被测距离。
4.根据权利要求3所述的激光测距系统，其特征在于：还包括雪崩光电二极管、前置放大电路、主放大电路和恒比例时刻鉴别电路，脉冲激光信号在被测物上发生反射，反射回来的微弱回波信号被雪崩光电二极管接收到并将光信号转换成电压信号，该电压信号经前置放大电路和主放大电路放大后，此时的信号称为回波信号，回波信号被分成两路，一路通过恒比例时刻鉴别电路变成第一路回波信号，第一路回波信号触发计数模块停止计数，上述两路回波信号中的另一路信号即为第二路回波信号。
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