CN106546993A - 一种提高脉冲式激光测距精度的测距装置及测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高脉冲式激光测距仪精度的测距装置及测距方法，所述测距装置包括：发射模块，接收模块，模拟开关，延时模块，衰减模块，高速ADC采样模块，高速比较器，计时模块和控制模块。本发明通过高速ADC采集激光发射和接收的信号，将发射和接收的信号分别进行衰减和延时，然后将衰减信号和延时信号进行比较确定激光发射起始时刻和激光接收终止时刻，由于采用这种处理方式得到的激光发射起始时刻和激光接收终止时刻不受接收到的激光信号的幅度的影响，因此可以提高激光发射和接收时间间隔的测量分辨率，进而使得激光测距的精度得以提高。

Description

一种提高脉冲式激光测距精度的测距装置及测距方法
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，具体涉及一种提高脉冲式激光测距精度的测距装置及测距方法。
背景技术
近年来，激光测距技术凭借其高效率、不接触测量、高精度等优点，成为非接触距离检测技术领域核心技术，广泛应用于精确测量、定位导航、无损检测等领域。
激光测距仪通过测量发送激光和接收的激光之间的时间间隔确定测距装置距离被测物体之间的距离，而测量时间间隔与起始时刻点和终止时刻点的确定有关，一般将激光驱动器的触发信号点确定为起始时刻点，通过阈值判别法来确定终止时刻点，但是不同的被测物体表面对激光脉冲的反射能力不同，导致回波信号的能量强弱不一，阈值的设定也不相同，提高判断的阈值，回波信号中能量弱的信号被丢失，降低判断的阈值，势必会引入一些噪声，影响激光测距的准确性。
此外，根据激光测距的原理，当时间间隔相差1ns时测量距离的结果会造成约15cm的测量偏差，当测量的偏差要求达到一定小的单位级时，则时间间隔相差达到皮秒级，传统的AD采集芯片和比较器芯片无法满足要求，测量的结果存在很大的偏差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种提高脉冲式激光测距精度的测距装置及测距方法，本发明能够提高激光测距的精度。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种提高脉冲式激光测距仪精度的测距装置，包括：发射模块、接收模块、模拟开关、衰减模块、延时模块、 高速ADC采样模块、高速比较器、计时模块和控制模块；
所述发射模块，与所述模拟开关和所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下向被测目标发射激光脉冲信号；
所述接收模块，与所述模拟开关连接，用于接收从被测目标反射回来的激光脉冲回波信号，并通过所述模拟开关将接收的激光脉冲回波信号输入至所述衰减模块以及所述延时模块；
所述模拟开关，与所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下切换所述发射模块和所述接收模块的工作状态；
所述延时模块，通过所述模拟开关分别与所述发射模块以及所述接收模块连接，用于对所述发射模块发射的激光脉冲信号进行延时处理，得到第一延时信号f1；以及对所述接收模块接收的激光脉冲回波信号进行相应时间的延迟处理，得到第二延时信号f3；
所述衰减模块，通过所述模拟开关分别与所述发射模块以及所述接收模块连接，用于对所述发射模块发射的激光脉冲信号进行衰减处理，得到第一衰减信号f2；以及对所述接收模块接收的激光脉冲回波信号进行相应幅度的衰减处理，得到第二衰减信号f4；
所述高速ADC采样模块，与所述控制模块以及所述衰减模块连接，用于在所述控制模块的控制下以采样频率fsam分别对所述第一衰减信号f2和第二衰减信号f4进行采样；
所述高速比较器，与所述控制模块连接，用于在所述高速ADC采样模块对所述第一衰减信号f2的采样过程中，比较第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值的大小，以及，在所述高速ADC采样模块对所述第二衰减信号f4的采样过程中，比较第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值的大小，并将比较结果发送给所述控制模块；
所述计时模块，与所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下，在所述高速ADC采样模块的每个采样周期进行计时，并在所述高速比较器确定第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值首次 相等时，停止计时，获得停止计时时的第一计时次数和第一计时时刻点，并将获得的第一计时次数和第一计时时刻点发送给所述控制模块；以及在所述高速比较器确定第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第二计时次数和第二计时时刻点，并将获得的第二计时次数和第二计时时刻点发送给所述控制模块；其中，所述计时模块在一个采样周期内最长计时N次；
所述控制模块，与所述计时模块以及所述高速ADC采样模块连接，用于根据所述计时模块获取的第一计时次数以及第一计时时刻点以及所述高速ADC采样模块在对第一衰减信号f2采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的起始时刻；以及，根据所述计时模块获取的第二计时次数以及第二计时时刻点以及所述高速ADC采样模块在对第二衰减信号f4采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的终止时刻。
进一步地，所述控制模块，具体用于：
在所述计时模块获取的第一计时时刻点为所述高速ADC采样模块的采样时间点时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间点作为激光测距的起始时刻；在所述计时模块获取的第一计时时刻点位于所述高速ADC采样模块的两个采样点之间时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间与所述计时模块的第一计时时间之和作为激光测距的起始时刻；其中，所述计时模块的第一计时时间为所述第一计时次数与计时精度的乘积；
以及，
在所述计时模块获取的第二计时时刻点为所述高速ADC采样模块的采样时间点时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间点作为激光测距的终止时刻；在所述计时模块获取的第二计时时刻点位于所述高速ADC采样模块的两个采样点之间时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间点与所述计时模块的第二计时时间之和作为激光测距的终止时刻；其中，所述计时模块的第二计时时间为所述第二计时次数与计时精度的乘积。
进一步地，所述延时模块进行延时处理的延时时间τ的取值范围为0＜τ≤K；
其中，所述K的取值为所述激光脉冲信号的上升沿宽度的2/3。
进一步地，所述延时模块采用多级RC或RLC网络。
进一步地，所述衰减模块进行衰减处理所采用的衰减系数s的取值范围为0＜s≤Q；
其中，所述Q的取值为所述激光脉冲信号的脉冲幅值的1/3。
进一步地，所述衰减模块采用T型电阻衰减网络。
第二方面，本发明还提供了一种提高脉冲式激光测距仪精度的测距方法，包括：
S1.向被测目标发射激光脉冲信号；
S2.对所述激光脉冲信号进行延时处理，得到第一延时信号f1；
S3.对所述激光脉冲信号进行衰减处理，得到第一衰减信号f2；
S4.以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样；
S5.在以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2的采样过程中进行计时并比较第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值的大小，并在确定第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第一计时次数和第一计时时刻点；
S6.根据获得的第一计时次数以及第一计时时刻点以及以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的起始时刻；
S7.接收从被测目标反射回来的激光脉冲回波信号；
S8.对接收的激光脉冲回波信号进行相应时间的延迟处理，得到第 二延时信号f3；
S9.对接收的激光脉冲回波信号进行相应幅度的衰减处理，得到第二衰减信号f4；
S10.以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样；
S11.在对所述第二衰减信号f4的采样过程中进行计时，并比较第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值的大小，以及在确定第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第二计时次数和第二计时时刻点；其中，所述计时模块在一个采样周期内最长计时N次；
S12.根据获取的第二计时次数以及第二计时时刻点以及以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的终止时刻；
S13.利用所述S6确定的激光测距的起始时刻以及所述S12确定的激光测距的终止时刻，计算发射激光脉冲信号和接收激光脉冲回波信号之间的时间间隔，并根据所述时间间隔获取激光测距结果。
进一步地，所述S6具体包括：
在获取的第一计时时刻点为以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样过程中的某一采样时间点时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时的采样时间点作为激光测距的起始时刻；
在获取的第一计时时刻点位于以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样过程中的两个采样点之间时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时的采样时间点与第一计时时间之和作为激光测距的起始时刻；其中，所述的第一计时时间为所述第一计时次数与计时精度的乘积。
进一步地，所述S12具体包括：
在获取的第二计时时刻点为以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样过程中的某一采样时间点时，将所述第二衰减信号f4的幅 值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时的采样时间点作为激光测距的终止时刻；
在获取的第二计时时刻点位于以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样过程中的两个采样点之间时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时的采样时间点与第二计时时间之和作为激光测距的终止时刻；其中，所述第二计时时间为所述第二计时次数与计时精度的乘积。
进一步地，所述S2对所述激光脉冲信号进行延时处理的延时时间τ的取值范围为0＜τ≤K；
其中，所述K的取值为所述激光脉冲信号的上升沿宽度的2/3。
由上述技术方案可知，本发明所述的提高脉冲式激光测距仪精度的测距装置，通过高速ADC采集激光发射和接收的信号，将发射和接收的信号分别进行衰减和延时，然后将衰减信号和延时信号进行比较确定激光发射起始时刻和激光接收终止时刻，由于采用这种处理方式得到的激光发射起始时刻和激光接收终止时刻不受接收到的激光信号的幅度的影响，因此可以有效解决背景技术部分提到的问题，该方法可以提高激光发射和接收时间间隔的测量分辨率，进而使得激光测距的精度得以提高。
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是本发明一实施例提供的提高脉冲式激光测距仪精度的测距装置的结构示意图；
图2是为恒比定时的波形图；
图3是本发明另一实施例提供的激光测距方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例提供了一种提高脉冲式激光测距仪精度的测距装置，参见图1，该装置包括：发射模块、接收模块、模拟开关、衰减模块、延时模块、高速ADC采样模块、高速比较器、计时模块和控制模块；
所述发射模块，与所述模拟开关和所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下向被测目标发射激光脉冲信号；
所述接收模块，与所述模拟开关连接，用于接收从被测目标反射回来的激光脉冲回波信号，并通过所述模拟开关将接收的激光脉冲回波信号输入至所述衰减模块以及所述延时模块；
所述模拟开关，与所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下切换所述发射模块和所述接收模块的工作状态；
所述延时模块，通过所述模拟开关分别与所述发射模块以及所述接收模块连接，用于对所述发射模块发射的激光脉冲信号进行延时处理，得到第一延时信号f1；以及对所述接收模块接收的激光脉冲回波信号进行相应时间的延迟处理，得到第二延时信号f3；
所述衰减模块，通过所述模拟开关分别与所述发射模块以及所述接收模块连接，用于对所述发射模块发射的激光脉冲信号进行衰减处理，得到第一衰减信号f2；以及对所述接收模块接收的激光脉冲回波信号进行相应幅度的衰减处理，得到第二衰减信号f4；
所述高速ADC采样模块，与所述控制模块以及所述衰减模块连接，用于在所述控制模块的控制下以采样频率fsam分别对所述第一衰减信号f2和第二衰减信号f4进行采样；
所述高速比较器，与所述控制模块连接，用于在所述高速ADC采样模块对所述第一衰减信号f2的采样过程中，比较第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值的大小，以及，在所述高速ADC采样模块对所述第二衰减信号f4的采样过程中，比较第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值的大小，并将比较结果发送给所述控制模块；
这里，高速比较器比较第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值的大小是指，在对所述第一衰减信号f2的采样过程中，比较第一衰减信号f2在一个周期内的各个时间点的幅值与第一延时信号f1在对应时间点的幅值的大小。同理，高速比较器比较第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值的大小也是一样的道理。
所述计时模块，与所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下，在所述高速ADC采样模块的每个采样周期进行计时，并在所述高速比较器确定第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第一计时次数和第一计时时刻点，并将获得的第一计时次数和第一计时时刻点发送给所述控制模块；以及在所述高速比较器确定第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第二计时次数和第二计时时刻点，并将获得的第二计时次数和第二计时时刻点发送给所述控制模块；其中，所述计时模块在一个采样周期内最长计时N次；
这里，在所述高速比较器确定第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值首次相等时是指，在第一衰减信号f2的一个周期内，第一衰减信号f2与第一延时信号f1的依次比较过程中，首次发现在某个时间点，第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值相等，可参见图2。同理，所述高速比较器确定第二衰减信号f4的幅值与第二延 时信号f3的幅值首次相等时也是同样的道理。
所述控制模块，与所述计时模块以及所述高速ADC采样模块连接，用于根据所述计时模块获取的第一计时次数以及第一计时时刻点以及所述高速ADC采样模块在对第一衰减信号f2采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的起始时刻；以及，根据所述计时模块获取的第二计时次数以及第二计时时刻点以及所述高速ADC采样模块在对第二衰减信号f4采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的终止时刻。
优选地，所述控制模块可以采用主控FPGA模块实现。
优选地，所述高速比较器可以采用高速比较器AD8465实现。
优选地，所述高速ADC采样模块可以采用高速ADC083000实现。
优选地，所述模拟开关可以采用模拟开关HMC221B实现。
由上面描述可知，本发明实施例提供的提高脉冲式激光测距仪精度的测距装置，通过高速ADC采集激光发射和接收的信号，将发射和接收的信号分别进行衰减和延时，然后将衰减信号和延时信号进行比较确定激光发射起始时刻和激光接收终止时刻，由于采用这种处理方式得到的激光发射起始时刻和激光接收终止时刻不受接收到的激光信号的幅度的影响，因此可以有效解决背景技术部分提到的问题，该方法可以提高激光发射和接收时间间隔的测量分辨率，进而使得激光测距的精度得以提高。
进一步地，所述控制模块，具体用于：
在所述计时模块获取的第一计时时刻点为所述高速ADC采样模块的采样时间点时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间点作为激光测距的起始时刻；在所述计时模块获取的第一计时时刻点位于所述高速ADC采样模块的两个采样点之间时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间与所述计时模块的第一计时时间之和作为激光测距的起始时 刻；其中，所述计时模块的第一计时时间为所述第一计时次数与计时精度的乘积；
以及，
在所述计时模块获取的第二计时时刻点为所述高速ADC采样模块的采样时间点时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间点作为激光测距的终止时刻；在所述计时模块获取的第二计时时刻点位于所述高速ADC采样模块的两个采样点之间时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间点与所述计时模块的第二计时时间之和作为激光测距的终止时刻；其中，所述计时模块的第二计时时间为所述第二计时次数与计时精度的乘积。
可以理解的是，由于计时模块的计时精度比高速ADC采样模块的采样时间要精确，因此当衰减信号的幅值首次等于延时信号幅值时计时模块停止计时，终止时刻点为高速ADC采样模块的采样时间加上计时模块的计时时间，这样激光测距的起始时刻和终止时刻更加的精确。
下面给出上述测距装置的具体工作过程，假设控制模块采用主控FPGA实现，高速ADC采样模块采用高速ADC083000实现。
a、主控FPGA输出发射驱动信号，模拟开关HMC221B切换到发送状态，发射模块发出激光脉冲序列f，发射激光脉冲分为两路，一路经过衰减模块得到衰减信号f2，一路经过延时模块得到延时信号f1；
b、主控FPGA输出控制指令，启动TDC计时模块开始计时，高速ADC083000开始采集f2信号的数据；TDC计时模块的计时精度比高速ADC083000采样时间更加精确；
c、将f1和f2信号通过高速比较器进行比较，当f2信号幅值首次等于f1信号幅值时TDC计时模块停止计时，主控FPGA记录起始时刻点Tstart；
d、主控FPGA输出切换指令，模拟开关切换到接收状态，接收模 块接收反射回来的激光脉冲回波，激光脉冲回波分为两路，一路通过衰减模块得到衰减信号f4，一路通过延时模块得到延时信号f3；
e、主控FPGA再次发出指令，同时再次启动TDC计时模块开始计时，高速ADC083000采集f4的脉冲信号；
f、f3和f4信号通过高速比较器进行比较，当f4信号幅值首次等于f3信号幅值时计时模块停止计数，主控FPGA记录终止时刻点Tstop；
可以理解的是，根据记录的起始时刻点以及终止时刻点，计算发射激光脉冲信号和接收激光脉冲回波信号之间的时间间隔，并根据所述时间间隔获取激光测距结果。
如图2所示，t1、t2、t3、t4为高速ADC083000的各个采样时间点，TDC计时模块停止计时的时刻点trig位于采样点t2和t3之间，由于TDC计时模块的计时精度为80ps，高速ADC083000的采样时间为330ps，TDC计时模块的精度比高速ADC083000的采样时间要更精确，因此在一个采样周期内有4个TDC计时，则计时停止时刻点trig为高速ADC083000采样的时间点t2和TDC计时模块的计时次数和计时精度乘积2*80ps＝160ps之和，即trig＝t2+160ps；当TDC计时模块停止计时的时刻点trig位于采样点t2上时，则计时停止的时刻点trig为高速ADC083000采样的时间点t2。
进一步地，为了保证延时信号与衰减信号的交点位于延时信号的上升沿部分，所述延时模块进行延时处理的延时时间τ的取值范围为0＜τ≤K；其中，所述K的取值为所述激光脉冲信号的上升沿宽度的2/3。
进一步地，所述延时模块可以采用多级RC或RLC网络实现。
进一步地，所述衰减模块进行衰减处理所采用的衰减系数s的取值范围可以为0＜s≤Q；其中，所述Q的取值为所述激光脉冲信号的脉冲幅值的1/3。
进一步地，所述衰减模块可以采用T型电阻衰减网络实现。
例如，优选地，所述延时模块采用多级RC或RLC网络，其延时 的时间为激光脉冲的上升沿宽度的2/3。所述衰减模块采用T型电阻衰减网络实现，其衰减系数为激光脉冲信号的脉冲幅值的1/3。
本发明另一实施例提供了一种提高脉冲式激光测距仪精度的测距方法，参见图3，该方法包括如下步骤：
步骤101：向被测目标发射激光脉冲信号。
步骤102：对所述激光脉冲信号进行延时处理，得到第一延时信号f1。
步骤103：对所述激光脉冲信号进行衰减处理，得到第一衰减信号f2。
步骤104：以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样。
步骤105：在以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2的采样过程中进行计时并比较第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值的大小，并在确定第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第一计时次数和第一计时时刻点。
在本步骤中，在对所述第一衰减信号f2的采样过程中，比较第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值的大小是指，在对所述第一衰减信号f2的采样过程中，比较第一衰减信号f2在一个周期内的各个时间点的幅值与第一延时信号f1在对应时间点的幅值的大小。同理，对于比较第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值的大小的过程与之类似。
在本步骤中，确定第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值首次相等时是指，在第一衰减信号f2的一个周期内，第一衰减信号f2与第一延时信号f1在各个对应时间点的幅值依次比较过程中，首次发现在某个时间点第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值相等。同理，确定第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f2的幅值首次相等的过程与之类似。
步骤106：根据获得的第一计时次数以及第一计时时刻点以及以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样过程中的各个采样时间点， 确定激光测距的起始时刻。
步骤107：接收从被测目标反射回来的激光脉冲回波信号。
步骤108：对接收的激光脉冲回波信号进行相应时间的延迟处理，得到第二延时信号f3。
步骤109：对接收的激光脉冲回波信号进行相应幅度的衰减处理，得到第二衰减信号f4。
步骤110：以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样。
步骤111：在对所述第二衰减信号f4的采样过程中进行计时，并比较第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值的大小，以及在确定第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第二计时次数和第二计时时刻点；其中，所述计时模块在一个采样周期内最长计时N次。
步骤112：根据获取的第二计时次数以及第二计时时刻点以及以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的终止时刻。
步骤113：利用所述步骤106确定的激光测距的起始时刻以及所述步骤112确定的激光测距的终止时刻，计算发射激光脉冲信号和接收激光脉冲回波信号之间的时间间隔，并根据所述时间间隔获取激光测距结果。
进一步地，所述步骤106具体包括：
在获取的第一计时时刻点为以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样过程中的某一采样时间点时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时的采样时间点作为激光测距的起始时刻；
在获取的第一计时时刻点位于以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样过程中的两个采样点之间时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时的采样时间点与第一计时时间之和作为激光测距的起始时刻；其中，所述的第一计时时间为 所述第一计时次数与计时精度的乘积。
进一步地，所述步骤112具体包括：
在获取的第二计时时刻点为以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样过程中的某一采样时间点时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时的采样时间点作为激光测距的终止时刻；
在获取的第二计时时刻点位于以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样过程中的两个采样点之间时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时的采样时间点与第二计时时间之和作为激光测距的终止时刻；其中，所述第二计时时间为所述第二计时次数与计时精度的乘积。
进一步地，所述步骤102对所述激光脉冲信号进行延时处理的延时时间τ的取值范围为0＜τ≤K；
其中，所述K的取值为所述激光脉冲信号的上升沿宽度的2/3。
进一步地，所述步骤103对所述激光脉冲信号进行衰减处理所采用的衰减系数s的取值范围为0＜s≤Q；
其中，所述Q的取值为所述激光脉冲信号的脉冲幅值的1/3。
下面通过一个具体的应用实例对本实施例提供的提高脉冲式激光测距仪精度的测距方法进行详细的解释说明。
例如，本实施例提供的测距方法可以采用图1所示的装置来实现，首先通过主控模块分别向发射模块和模拟开关发送激光发送命令和模拟开关切换命令，使得发射模块向被测物体发射激光脉冲序列，使得模拟开关切换至发送状态，向被测物体发射激光脉冲序列，同时将发射的激光脉冲序列分为两路，一路经过衰减模块得到衰减信号，另一路经过延时模块得到延时信号，同时启动计时模块和高速ADC采样模块，由高速ADC采样模块对所述衰减模块处理得到的衰减信号进行数据采集，衰减信号和延时信号分别接在高速比较器AD8465的同相输入端和反相输入端进行比较，当衰减信号的幅值大于延时信号幅值时 高度比较器输出为1，当衰减信号的幅值小于延时信号的幅值时，高速比较器输出为0。当高速比较器输出的结果为0时向控制模块发送相应指令，使得控制模块在接收到该指令后使计时模块停止计数，此时若计时模块停止计时的时刻点为高速ADC采样模块的采样时刻点，则起始时刻Tstart为：高速ADC采样模块得出采样时间，若计时模块停止计时的时刻点位于高速ADC采样模块的两个采样点之间，则起始时刻Tstart为高速ADC采样点的采样时间+TDC计时模块的计时时间，其中，TDC计时模块的计时时间＝计时的次数*计时的精度；
接着，接收模块用于接收反射回来的激光脉冲回波，此时主控模块发送模拟开关切换命令，使得模拟开光切换到接收状态，同时将激光脉冲回波分为两路，一路经过衰减模块得到衰减信号，另一路经过延时模块得到延时信号，同时再次启动所述计时模块和所述高速ADC采样模块，由所述高速ADC采样模块采集衰减信号的数据，将衰减信号和延时信号分别接在高速比较器AD8465的同相输入端和反相输入端进行比较，当衰减信号的幅值大于延时信号的幅值时，高速比较器输出为1，当衰减信号的幅值小于延时信号的幅值时高速比较器输出为0，当高速比较器输出的结果为0时向控制模块发送相应指令，使得控制模块发出命令使计时模块停止计数，此时若计时模块停止计时的时刻点为高速ADC采样模块的采样时刻点，则结束时刻Tstop为高速ADC采样点的采样时间，若计时模块停止计时的时刻点位于所述高速ADC采样模块的两个采样点之间，则结束时刻为高速ADC采样点的采样时间+TDC计时模块的计时时间；最后通过获取的起始时刻Tstart和终止时刻来确定测量的距离。
由上面描述可知，本实施例所述的测距方法可以采用上述实施例所述的测距装置实现，其原理和技术效果类似，此处不再详述。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种提高脉冲式激光测距仪精度的测距装置，其特征在于，包括：发射模块、接收模块、模拟开关、衰减模块、延时模块、高速ADC采样模块、高速比较器、计时模块和控制模块；
所述发射模块，与所述模拟开关和所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下向被测目标发射激光脉冲信号；
所述接收模块，与所述模拟开关连接，用于接收从被测目标反射回来的激光脉冲回波信号，并通过所述模拟开关将接收的激光脉冲回波信号输入至所述衰减模块以及所述延时模块；
所述模拟开关，与所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下切换所述发射模块和所述接收模块的工作状态；
所述延时模块，通过所述模拟开关分别与所述发射模块以及所述接收模块连接，用于对所述发射模块发射的激光脉冲信号进行延时处理，得到第一延时信号f1；以及对所述接收模块接收的激光脉冲回波信号进行相应时间的延迟处理，得到第二延时信号f3；
所述衰减模块，通过所述模拟开关分别与所述发射模块以及所述接收模块连接，用于对所述发射模块发射的激光脉冲信号进行衰减处理，得到第一衰减信号f2；以及对所述接收模块接收的激光脉冲回波信号进行相应幅度的衰减处理，得到第二衰减信号f4；
所述高速ADC采样模块，与所述控制模块以及所述衰减模块连接，用于在所述控制模块的控制下以采样频率fsam分别对所述第一衰减信号f2和第二衰减信号f4进行采样；
所述高速比较器，与所述控制模块连接，用于在所述高速ADC采样模块对所述第一衰减信号f2的采样过程中，比较第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值的大小，以及，在所述高速ADC采样模块对所述第二衰减信号f4的采样过程中，比较第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值的大小，并将比较结果发送给所述控制模块；
所述计时模块，与所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下，在所述高速ADC采样模块的每个采样周期进行计时，并在所述高速比较器确定第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第一计时次数和第一计时时刻点，并将获得的第一计时次数和第一计时时刻点发送给所述控制模块；以及在所述高速比较器确定第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第二计时次数和第二计时时刻点，并将获得的第二计时次数和第二计时时刻点发送给所述控制模块；其中，所述计时模块在一个采样周期内最长计时N次；
所述控制模块，与所述计时模块以及所述高速ADC采样模块连接，用于根据所述计时模块获取的第一计时次数以及第一计时时刻点以及所述高速ADC采样模块在对第一衰减信号f2采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的起始时刻；以及，根据所述计时模块获取的第二计时次数以及第二计时时刻点以及所述高速ADC采样模块在对第二衰减信号f4采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的终止时刻。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：
在所述计时模块获取的第一计时时刻点为所述高速ADC采样模块的采样时间点时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间点作为激光测距的起始时刻；在所述计时模块获取的第一计时时刻点位于所述高速ADC采样模块的两个采样点之间时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间与所述计时模块的第一计时时间之和作为激光测距的起始时刻；其中，所述计时模块的第一计时时间为所述第一计时次数与计时精度的乘积；
以及，
在所述计时模块获取的第二计时时刻点为所述高速ADC采样模块的采样时间点时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间点作为激光测距的终止时刻；在所述计时模块获取的第二计时时刻点位于所述高速ADC采样模块的两个采样点之间时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时所述高速ADC采样模块的采样时间点与所述计时模块的第二计时时间之和作为激光测距的终止时刻；其中，所述计时模块的第二计时时间为所述第二计时次数与计时精度的乘积。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述延时模块进行延时处理的延时时间τ的取值范围为0＜τ≤K；
其中，所述K的取值为所述激光脉冲信号的上升沿宽度的2/3。
4.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，所述延时模块采用多级RC或RLC网络。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衰减模块进行衰减处理所采用的衰减系数s的取值范围为0＜s≤Q；
其中，所述Q的取值为所述激光脉冲信号的脉冲幅值的1/3。
6.根据权利要求1、2或5所述的装置，其特征在于，所述衰减模块采用T型电阻衰减网络。
7.一种提高脉冲式激光测距仪精度的测距方法，其特征在于，包括：
S1.向被测目标发射激光脉冲信号；
S2.对所述激光脉冲信号进行延时处理，得到第一延时信号f1；
S3.对所述激光脉冲信号进行衰减处理，得到第一衰减信号f2；
S4.以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样；
S5.在以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2的采样过程中进行计时并比较第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值的大小，并在确定第一衰减信号f2的幅值与第一延时信号f1的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第一计时次数和第一计时时刻点；
S6.根据获得的第一计时次数以及第一计时时刻点以及以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的起始时刻；
S7.接收从被测目标反射回来的激光脉冲回波信号；
S8.对接收的激光脉冲回波信号进行相应时间的延迟处理，得到第二延时信号f3；
S9.对接收的激光脉冲回波信号进行相应幅度的衰减处理，得到第二衰减信号f4；
S10.以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样；
S11.在对所述第二衰减信号f4的采样过程中进行计时，并比较第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值的大小，以及在确定第二衰减信号f4的幅值与第二延时信号f3的幅值首次相等时，停止计时，获得停止计时时的第二计时次数和第二计时时刻点；其中，所述计时模块在一个采样周期内最长计时N次；
S12.根据获取的第二计时次数以及第二计时时刻点以及以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样过程中的各个采样时间点，确定激光测距的终止时刻；
S13.利用所述S6确定的激光测距的起始时刻以及所述S12确定的激光测距的终止时刻，计算发射激光脉冲信号和接收激光脉冲回波信号之间的时间间隔，并根据所述时间间隔获取激光测距结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述S6具体包括：
在获取的第一计时时刻点为以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样过程中的某一采样时间点时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时的采样时间点作为激光测距的起始时刻；
在获取的第一计时时刻点位于以采样频率fsam对所述第一衰减信号f2进行采样过程中的两个采样点之间时，将所述第一衰减信号f2的幅值与所述第一延时信号f1的幅值首次相等时的采样时间点与第一计时时间之和作为激光测距的起始时刻；其中，所述的第一计时时间为所述第一计时次数与计时精度的乘积。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述S12具体包括：
在获取的第二计时时刻点为以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样过程中的某一采样时间点时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时的采样时间点作为激光测距的终止时刻；
在获取的第二计时时刻点位于以采样频率fsam对所述第二衰减信号f4进行采样过程中的两个采样点之间时，将所述第二衰减信号f4的幅值与所述第二延时信号f3的幅值首次相等时的采样时间点与第二计时时间之和作为激光测距的终止时刻；其中，所述第二计时时间为所述第二计时次数与计时精度的乘积。
10.根据权利要求7～9任一项所述的方法，其特征在于，所述S2对所述激光脉冲信号进行延时处理的延时时间τ的取值范围为0＜τ≤K；
其中，所述K的取值为所述激光脉冲信号的上升沿宽度的2/3。
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