CN106772414B - 一种提高tof相位法测距雷达测距精度的方法 - Google Patents

一种提高tof相位法测距雷达测距精度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106772414B
CN106772414B CN201710006538.7A CN201710006538A CN106772414B CN 106772414 B CN106772414 B CN 106772414B CN 201710006538 A CN201710006538 A CN 201710006538A CN 106772414 B CN106772414 B CN 106772414B
Authority
CN
China
Prior art keywords
distance
modulated signal
signal light
modulating frequency
radar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710006538.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106772414A (zh
Inventor
王瑞
郑凯
李�远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benewake Beijing Co Ltd
Original Assignee
Benewake Beijing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Benewake Beijing Co Ltd filed Critical Benewake Beijing Co Ltd
Publication of CN106772414A publication Critical patent/CN106772414A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106772414B publication Critical patent/CN106772414B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal

Abstract

本发明提供了一种提高TOF相位法测距雷达测距精度的方法，包括：信号调制单元驱动调制频率f1对信号光进行调制，测距雷达发射调制信号光；感光元件对回波信号采样；信号处理单元计算相位差φ1，将相位差φ1换算成与物体的距离D1；信号调制单元驱动调制频率f2对信号光进行调制，测距雷达发射调制信号光；感光元件对回波信号采样；信号处理单元计算相位差φ2，将相位差φ2换算成与物体的距离D2；调制频率f1小于调制频率f2；信号处理单元根据D1和D2得到修正后的距离值D。本发明在不改变硬件，不增加成本的条件下，提高TOF相位法测距雷达的测距精度，尤其是中远距离精度。

Description

一种提高TOF相位法测距雷达测距精度的方法
技术领域
本发明涉及雷达测距领域，具体涉及一种提高TOF相位法测距雷达测距精度的方法。
背景技术
TOF相位法测距雷达是指通过飞行时间法(Time of Flight)进行非接触式测距的设备。TOF相位法测距雷达通过发射连续波调制信号，根据该调制信号在待测距离D上往返一次所形成的相移，调制信号在光路上传播一个周期的距离，相位就延迟2π，已知光速c，因此只要测出不足一个周期的相位延迟φ，即可通过间接的方式确定调制信号在雷达与被测物体之间的往返时间t，从而得出目标距离D。
然而我们并不能直接确定计算得到的相位延迟φ是否是在一个调制周期内，因此，相位法只能够测到一个调制周期内的距离。并且，在硬件不变的条件下，检测相位延迟φ的精度是确定的，调制频率越高，有效量程越小，但距离分辨率会越高，反之，调制频率越低，有效量程越大，距离分辨率会越低。
目前，通常的TOF相位法测距雷达通过设计不同调制频率的信号来完成不同距离的测量，高频率适合近距离(0-30m)测量，低频率适合中远距离(30-200m)测量。
一般来说，受限于芯片、电子元器件以及成本的影响，TOF相位法测距雷达在近距离的距离精度较高，在远距离的距离精度相对较低。然而，若从硬件上提高TOF相位法测距雷达测距精度就需要选用精度更高的芯片和电子元器件，这势必会增加成本。大多数TOF相位法测距雷达在中远距离均不能实现高精度测距，究其原因，是因为在确定的硬件条件下，精度和量程不能兼顾，即大量程测距，精度必然低，小量程测距，精度必然高。
本发明提高TOF相位法测距雷达测距精度的原理是通过高频率和低频率两种光信号调制测量，得到高精度和低精度的距离，通过算法处理即可得到一个大量程范围内高精度的测距结果。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种提高TOF相位法测距雷达测距精度的方法，解决现有TOF激光(红外)雷达测距精度和量程不能兼顾的问题，并且不增加硬件成本。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种提高TOF相位法测距雷达测距精度的方法，所述方法包括：(1)信号调制单元驱动调制频率f1对信号光进行调制，测距雷达发射调制信号光；感光元件对回波信号采样；信号处理单元计算相位差φ1，将相位差φ1换算成与物体的距离D1；
(2)信号调制单元驱动调制频率f2对信号光进行调制，测距雷达发射调制信号光；感光元件对回波信号采样；信号处理单元计算相位差φ2，将相位差φ2换算成与物体的距离D2；调制频率f1小于调制频率f2；
(3)信号处理单元根据D1和D2得到修正后的距离值D。
优选的，所述调制信号光为正弦调制信号光或方波调制信号光。
优选的，感光元件对每同一调制频率下的回波信号采样可设置为四次采样或两次采样。
优选的，感光元件对每同一调制频率下的回波信号采样之间均相差1/4的调制周期。
优选的，所述距离D1或者所述距离D2为单次测距结果或多次测量结果的均值。
优选的，步骤(1)与步骤(2)没有先后顺序。
优选的，所述换算包括：根据相位差间接测量出所述调制信号光在雷达与被测物体之间的往返时间，结合光速计算出雷达与被测物体之间的距离。
优选的，通过调制频率f1调制的调制信号光测出的距离D1和通过调制频率f2调制的调制信号光测出的距离D2之间的关系如下：
其中，n为全程往返距离中频率f2的调制信号光重复周期次数，c为光速，L2为频率f2调制信号光的量程。
优选的，所述步骤(3)中，所述修正后的距离值D如下式
D＝n·L2+D2
n0取整数部分得到n。
优选的，所述方法用于无人机、无人车或行走机器人中对周围环境中物体的探测。
与最接近的现有技术相比，本发明在不改变硬件，不增加成本的条件下，提高TOF相位法测距雷达的测距精度，尤其是中远距离精度。
附图说明
图1是本发明提高TOF相位法测距雷达测距精度的流程图；
图2是本发明双频测距调制信号传播过程中的相位变化。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施过程的流程示意图，首先进行第一次测量，信号调制单元驱动一调制频率f1对光强进行调制，连续波调制为正弦调制或方波调制。测距雷达中的光源发射经过调制的调制信号光。
控制感光元件按照1/4调制周期的相位差依次接收经过被测物体返回的调制光强信号，得到4次不同相位的回波信号DCS0-DCS3，DCS0-DCS3之间均相差1/4的调制周期。DCS(Distance Calculation Sample)为距离相位采样。DCS0即相位移动为0度的回波信号相位幅值，DCS1即相位移动为90度的回波信号相位幅值，DCS2即相位移动为180度的回波信号相位幅值，DCS3即相位移动为270度的回波信号相位幅值。
信号处理单元通过这4次回波信号计算调制信号光在被测物体往返行程的相位移动φ1，间接测量出激光与目标之间的往返时间t1。
信号处理单元根据光速c计算得到雷达与被测物体之间的距离D1。其中，频率f1对应的量程为L1。
然后再进行第二次测量，信号调制单元驱动一调制频率f2对光强进行调制，连续波调制为正弦调制或方波调制。
然后感光元件按照1/4调制周期的相位差依次接收经过被测物体返回的调制光强信号，得到4次不同相位的回波信号(DCS0-DCS3)，DCS0-DCS3之间均相差1/4的调制周期。
信号处理单元通过这4次回波信号计算调制信号光在被测物体往返行程的相位移动φ2，间接测量出激光与目标之间的往返时间t2，根据光速计算得到雷达与被测物体之间的距离D2。其中，频率f2对应的量程为L2。
在本发明所述实施例中，通过频率f1进行距离测量和通过频率f2进行距离测量没有先后顺序，可以先进行频率f1测量，也可先进行频率f2测量。其中f2高于f1，两者取值范围例如为0.625MHZ-100MHZ，但不限于此。本领域技术人员可以根据具体的雷达测距系统来选择f1与f2的频率值。
频率f1测量和频率f2测量不区分单次或多次，可以只进行一次频率f1测量或频率f2测量，也可进行多次频率f1测量或频率f2测量。比如在f1调制频率下或者再f2调制频率下，进行3-5次距离测量，然后求平均值。
感光元件进行4次相位采集(DCS0-DCS3)，但根据TOF相位法的原理，本发明不限于4次相位采集，也可只进行相差1/4调制周期的两次相位采集，均可完成一次相位差φ的计算，
双频测距调制信号传播过程中的相位变化如图2所示，从原理上讲，D1与D2的关系由以下公式确定，其中，n为全程往返距离中频率f2测试的重复周期次数，该公式也可表示为D1≈n·L2+D2。显然，当实际距离超过频率f2对应的量程L2时，单次测量已经不能确定准确的距离信息了，只有所测距离在调制频率对应的量程范围内，才能确定准确的距离值。
对于一个确定的TOF相位法测距雷达，其检测相位延迟φ的精度是确定的，调制频率越高，一个有效相位周期对应的距离越短，距离分辨率会越高，反之，调制频率越低，一个有效相位周期对应的距离越长，距离分辨率会越低。因此，低调制频率f1测试得到的距离D1的精度低于高调制频率f2测试的到的距离D2的精度，因此双频测试融合得到的距离了D会兼顾高精度和长距离。
信号处理单元获取两次测量的距离值D1和D2，根据公式D1≈n·L2+D2可知，只需确认n的值，即可求得双频融合之后的高精度距离值。根据公式n0取整数部分即可确定n，即全程往返距离中频率f2测试的重复周期次数。然后由公式D＝n·L2+D2，即可得到经过双频融合之后的高精度距离值。
通过上述TOF相位法测距雷达双频修正方法，可使得TOF相位法测距雷达能在近距离和中远距离均达到高精度的测距结果，尤其是提高了TOF相位法测距雷达中远距离测距精度。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高TOF相位法测距雷达测距精度的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)信号调制单元驱动调制频率f1对信号光进行调制，测距雷达发射调制信号光；感光元件对回波信号采样；信号处理单元计算相位差φ1，将相位差φ1换算成与物体的距离D1；
(2)信号调制单元驱动调制频率f2对信号光进行调制，测距雷达发射调制信号光；感光元件对回波信号采样；信号处理单元计算相位差φ2，将相位差φ2换算成与物体的距离D2；其中，调制频率f2大于调制频率f1；
(3)信号处理单元根据D1和D2得到修正后的距离值D，所述修正后的距离值D如下式
D＝n·L2+D2
其中，L2为频率f2调制信号光的量程，n为全程往返距离中频率f2的调制信号光重复周期次数，n0取整数部分得到n。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制信号光为正弦调制信号光或方波调制信号光。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，感光元件对每同一调制频率下的回波信号采样可设置为四次采样或两次采样。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，感光元件对每同一调制频率下的回波信号采样之间均相差1/4的调制周期。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述距离D1或者所述距离D2为单次测距结果或多次测量结果的均值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)与步骤(2)没有先后顺序。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换算包括：根据相位差间接测量出所述调制信号光在雷达与被测物体之间的往返时间，结合光速计算出雷达与被测物体之间的距离。
8.如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，通过调制频率f1调制的调制信号光测出的距离D1和通过调制频率f2调制的调制信号光测出的距离D2之间的关系如下：
其中，c为光速。
9.如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述方法用于无人机、无人车或行走机器人中对周围环境中物体的探测。
CN201710006538.7A 2016-10-14 2017-01-05 一种提高tof相位法测距雷达测距精度的方法 Active CN106772414B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2016108963213 2016-10-14
CN201610896321 2016-10-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106772414A CN106772414A (zh) 2017-05-31
CN106772414B true CN106772414B (zh) 2019-08-16

Family

ID=58949556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710006538.7A Active CN106772414B (zh) 2016-10-14 2017-01-05 一种提高tof相位法测距雷达测距精度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106772414B (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107388990B (zh) * 2017-07-19 2019-07-23 天津科技大学 基于多面旋转棱镜的激光光栅条纹投射系统
CN109425865B (zh) * 2017-08-22 2020-09-08 深圳市道通智能航空技术有限公司 一种无人机测距方法、装置及无人机
CN107331094A (zh) * 2017-08-22 2017-11-07 国网山东省电力公司菏泽供电公司 一种输电线路防外力破坏预警系统
CN108333590A (zh) * 2017-12-05 2018-07-27 欣旺达电子股份有限公司 超声波变频测距的方法、装置、设备及存储介质
CN108490445B (zh) * 2018-03-06 2022-08-02 重庆理工大学 一种基于脉冲宽度检测的红外测距方法及装置
CN108519604B (zh) * 2018-03-08 2021-08-10 北京理工大学 一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法
CN108594254B (zh) * 2018-03-08 2021-07-09 北京理工大学 一种提高tof激光成像雷达测距精度的方法
CN110261862B (zh) * 2018-03-12 2021-06-11 深圳越登智能技术有限公司 一种三维激光雷达测距方法、装置及终端设备
CN112702541B (zh) * 2018-08-22 2023-04-18 Oppo广东移动通信有限公司 控制方法及装置、深度相机、电子装置及可读存储介质
CN109031333B (zh) * 2018-08-22 2020-08-21 Oppo广东移动通信有限公司 距离测量方法和装置、存储介质、电子设备
CN109116332A (zh) * 2018-09-05 2019-01-01 Oppo广东移动通信有限公司 阵列光源、tof测距方法、摄像头模组及电子设备
CN109324633B (zh) * 2018-09-27 2021-07-02 Oppo广东移动通信有限公司 控制方法与装置、飞行时间设备、终端及计算机可读存储介质
CN109613517B (zh) * 2018-12-12 2021-01-15 北醒（北京）光子科技有限公司 一种TOF Lidar多机抗干扰工作方法
CN109541622B (zh) * 2018-12-26 2020-10-16 豪威科技(武汉)有限公司 Tof测距幅值的计算方法及tof测距系统
CN109597091B (zh) * 2018-12-28 2022-11-11 豪威科技(武汉)有限公司 Tof测距的相位解包裹的方法及tof测距系统
CN109782262A (zh) * 2019-01-30 2019-05-21 Oppo广东移动通信有限公司 相位测距方法、装置、分体式电子设备及可读存储介质
CN109884610B (zh) * 2019-03-14 2021-10-08 深圳市镭神智能系统有限公司 一种激光雷达扫描方法和激光雷达
WO2021189438A1 (zh) * 2020-03-27 2021-09-30 深圳市速腾聚创科技有限公司 基于连续波的测距方法、装置和激光雷达
CN111766605B (zh) * 2020-06-18 2023-03-14 北京理工大学 一种固态面阵激光三维成像系统及方法
CN112099051A (zh) * 2020-08-13 2020-12-18 欧菲微电子技术有限公司 Tof测距方法、tof传感模组及电子设备和存储介质
CN114325738B (zh) * 2021-12-23 2023-01-10 探维科技(北京)有限公司 测量距离的方法及激光雷达
CN115231407B (zh) * 2022-07-15 2023-09-15 日立楼宇技术（广州）有限公司 一种电梯的位移检测方法、装置、设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102323580A (zh) * 2011-08-02 2012-01-18 天津理工大学 一种采用三频连续微波无线测距系统及测距方法
CN102590808A (zh) * 2012-01-12 2012-07-18 重庆大学 基于载波调制原理的多测尺微波相位测距方法
CN205608186U (zh) * 2016-04-15 2016-09-28 中国科学院上海技术物理研究所 基于同步采样和多重相位测量的激光测距装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8629976B2 (en) * 2007-10-02 2014-01-14 Microsoft Corporation Methods and systems for hierarchical de-aliasing time-of-flight (TOF) systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102323580A (zh) * 2011-08-02 2012-01-18 天津理工大学 一种采用三频连续微波无线测距系统及测距方法
CN102590808A (zh) * 2012-01-12 2012-07-18 重庆大学 基于载波调制原理的多测尺微波相位测距方法
CN205608186U (zh) * 2016-04-15 2016-09-28 中国科学院上海技术物理研究所 基于同步采样和多重相位测量的激光测距装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106772414A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106772414B (zh) 一种提高tof相位法测距雷达测距精度的方法
RU2419813C2 (ru) Устройство измерения расстояния и способ измерения расстояния
KR102336927B1 (ko) 레이더 표적의 상대 속도를 결정하기 위한 방법 및 레이더 센서
CN104280728B (zh) 雷达传感器与用于运行雷达传感器的方法
US11099269B2 (en) Radar device for vehicle and target determination method therefor
CN105866783A (zh) 以半连续方波调制和飞行时间测量的激光测距方法及装置
CN105607051B (zh) 用于测定fmcw测距装置与目标之间距离的方法
CN107407587B (zh) 使用辅助参考信号对之间的相关的液位测量
CN106959446B (zh) 用于车辆的雷达装置及其测量目标的方法
CN108594254A (zh) 一种提高tof激光成像雷达测距精度的方法
US9746366B2 (en) Radar level gauging
RU2014109546A (ru) Способ определения уровня наполнения резервуара
CN110088642A (zh) 用于检测目标对象的前进方向和速度的系统和方法
CN108445477A (zh) 机场场面异物检测雷达的高精度测距方法
US10955273B2 (en) Extended range ADC flow meter
RU2576341C2 (ru) Отслеживание на основе фазы
CN109324327A (zh) 一种基于fmcw雷达精确测距和测速的方法及系统
CN203177928U (zh) 回波采样单元及使用该单元的脉冲式雷达物位计
US8639462B2 (en) Method and system for determining the time-of-flight of a signal
RU2502083C1 (ru) Способ калибровки и поверки доплеровского радиолокатора профилей ветра
CN104272066B (zh) 用于测量液体的液位的方法
RU2612201C1 (ru) Способ определения дистанции гидролокатором
CN110726995B (zh) 激光雷达高精度测距方法及系统
JP2007127529A (ja) 距離測定装置および距離測定方法
RU2642517C2 (ru) Способ дистанционного определения амплитуды вибрации

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Method for improving ranging accuracy of ranging radar by virtue of TOF phase method

Effective date of registration: 20200717

Granted publication date: 20190816

Pledgee: Haidian Beijing science and technology enterprise financing Company limited by guarantee

Pledgor: BENEWAKE (BEIJING) Co.,Ltd.

Registration number: Y2020990000782

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20220824

Granted publication date: 20190816

Pledgee: Haidian Beijing science and technology enterprise financing Company limited by guarantee

Pledgor: BENEWAKE (BEIJING) Co.,Ltd.

Registration number: Y2020990000782

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A Method to Improve the Ranging Accuracy of TOF Phase Ranging Radar

Effective date of registration: 20221129

Granted publication date: 20190816

Pledgee: Bank of Hangzhou Limited by Share Ltd. Beijing Zhongguancun branch

Pledgor: BENEWAKE (BEIJING) Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980024063

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right