CN107632307A - 自调节脉冲激光测距系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测距技术，为实现回波随距离的远近和回波信号的幅度的变化而自我调节，扩大测距的动态范围和测距精度。本发明，自调节脉冲激光测距系统及方法，由激光器、雪崩光电二极管APD、高压模块、放大电路、模数转换模块、上位机构成，其中：激光器向目标物发射重频脉冲激光，同时经光学系统分出一束光直接给APD，作为光本振信号；高压模块由上位机控制给APD提供不同的偏压，从而让APD具有不同的增益；放大电路用于对APD输出信号进行放大，提高系统的灵敏度；模数转换模块将放大电路来的模拟信号量化成数字信号，输入到上位机进行数据处理；上位机是整个系统的主控制器，使整个系统处于自动调节中。本发明主要应用于测距场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种测距技术，特别是一种具有自调节功能的脉冲激光测距系统及其调节方法。具体讲,涉及自调节脉冲激光测距系统及其调节方法。
背景技术
20世纪60年代，激光技术走进科学领域，激光原理被广泛的应用于国民经济和工业发展中，激光具有优良的物理性能和工作特性，包括其良好的单色性，方向性，频率稳定性，相干性，脉冲特性以及稳定输出性等特点，因此常常被用来作为光电测距仪的光源，激光测距仪也就应运而生。
激光测距广泛采用飞行时间法(The Flight-Time Measurement methods)来测距。所谓飞行时间法是指通过测量光信号在测线上往返飞行所需要的时间t来测量距离。脉冲法是直接测量往返时间t的方法。
脉冲激光测距仪可应用在环境复杂，干扰强烈的工作背景下，并且具有测量距离长，测量精度高以及发射驱动简单等多种优点。所以脉冲激光测距仪是现代测距仪的主要研究方向，其被广泛的应用于国防军事，民用生活，工业应用及交通管制等多种领域。
国内激光测距仪的研究始于20世纪80年代，是在固体、气体激光测距机基础上发展起来的，目前基础技术已具备，主要是解决工程应用的问题，开发各种应用产品，适应不同的市场需求。
传统的激光测距仪在近距离时，回波有可能出现饱和的情况，在远距离测量时，回波很小，有可能淹没在噪声里，这样测距精度和测距范围都会受到影响。
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发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在通过自调节脉冲激光测距系统，实现回波随距离的远近和回波信号的幅度的变化而自我调节，扩大测距的动态范围和测距精度。本发明采用的技术方案是，自调节脉冲激光测距系统，由激光器、雪崩光电二极管APD、高压模块、放大电路、模数转换模块、上位机构成，其中：
激光器向目标物发射重频脉冲激光，同时经光学系统分出一束光直接给APD，作为光本振信号；
高压模块由上位机控制给APD提供不同的偏压，从而让APD具有不同的增益；
放大电路用于对APD输出信号进行放大，提高系统的灵敏度；
模数转换模块将放大电路来的模拟信号量化成数字信号，输入到上位机进行数据处理；
上位机是整个系统的主控制器，模数转换模块来的数字信号在上位机中进行计算，最终输出结果，上位机根据收到的信号反馈回高压模块不同的信号，控制高压模块产生不同的反偏电压，使整个系统处于自动调节中。
上位机根据接收到的信号自动调节APD的偏压，使接收到的信号在模数转换模块的量程范围。
自调节脉冲激光测距方法，利用激光器发出脉冲激光经过光学系统一束直接到达APD，另外一束经过目标物反射回APD，APD将光信号转化成电信号，并且经过放大电路输入到模数转换模块进行量化，最终在上位机处理；同时，利用上位机根据接收到的信号自动调节APD的偏压，使接收到的信号在模数转换模块的量程范围。
本发明的特点及有益效果是：
脉冲激光测距系统的测距精度和测距动态范围是测距系统的两个主要的参数，通过对脉冲激光测距系统的APD的偏压进行自调节可编程控制，让接收到的信号处于最佳的模数转换模块的范围，能够有效的扩大测距的动态范围和测距精度。
附图说明：
图1自调节脉冲激光测距系统。
图2APD增益随反偏电压的变化。
图3自调节控制流程图。
具体实施方式
脉冲激光测距系统主要利用光信号在测线上往返时间来计算距离。本系统采用光学系统分出一束光作为光本振，测量光本振和回波之间的时间差Δt,则距离L为：
如图1所示，本系统主要分为6个部分：激光器、雪崩光电二极管APD、高压模块、放大电路、模数转换模块、上位机。
激光器向目标物发射重频脉冲激光，同时经光学系统分出一束光直接给APD，作为光本振信号。
APD是雪崩光电二极管，比普通的光电二极管具有更高的灵敏度，工作在线性区的APD随着反偏电压的升高增益逐渐增大。
高压模块由上位机控制给APD提供不同的偏压，从而让APD具有不同的增益。
放大电路是由于脉冲激光经过APD后信号仍然十分微小，必须增加放大电路将信号放大，提高系统的灵敏度。
模数转换模块将放大电路来的模拟信号量化成数字信号，输入到上位机进行数据处理。
上位机是整个系统的主控制器，模数转换模块来的数字信号在上位机中进行计算，最终输出结果。同时上位机根据收到的信号反馈回高压模块不同的信号，控制高压模块产生不同的反偏电压，使整个系统处于自动调节中。
激光器发出脉冲激光经过光学系统一束直接到达APD，另外一束经过目标物反射回APD，APD将光信号转化成电信号，并且经过放大电路输入到模数转换模块进行量化，最终在上位机处理。但是在一定的偏压下随着距离的远近和目标物的不同，反射回来的回波强弱不同，经过放大电路，有些信号能够达到模数转换模块的量程范围，有些会大于或者小于模数转换模块的量程范围，影响测距的动态范围和测距精度。由图2可知，APD的增益随着偏压的变化呈现线性变化，上位机根据接收到的信号自动调节APD的偏压，使接收到的信号在模数转换模块的量程范围，提高了系统的动态范围和测距精度。
结合图3对自调节脉冲激光测距系统进行说明。
系统上电初始化之后，开始对接收到的信号进行检测，当检测到光本振信号后，上位机开始计时，之后上位机开始检测回波信号是否到达，回波信号到达，上位机停止计时，记录回波到达时间，同时将模数转换模块采样到的回波波形进行分析判断其是否饱和，如果饱和则测量不准确，上位机通过控制高压模块降低APD的偏压，再次进行测量，如果分析判断出回波信号过小，低于所设阈值，则上位机控制高压模块升高APD的偏压，最终使得回波信号在合适的阈值进行结果计算。这样计算的结果精度会提高，同时由于动态调整偏压，使得系统测距的动态范围提高。
Claims (3)
1.一种自调节脉冲激光测距系统，其特征是，由激光器、雪崩光电二极管APD、高压模块、放大电路、模数转换模块、上位机构成，其中：
激光器向目标物发射重频脉冲激光，同时经光学系统分出一束光直接给APD，作为光本振信号；
高压模块由上位机控制给APD提供不同的偏压，从而让APD具有不同的增益；
放大电路用于对APD输出信号进行放大，提高系统的灵敏度；
模数转换模块将放大电路来的模拟信号量化成数字信号，输入到上位机进行数据处理；
上位机是整个系统的主控制器，模数转换模块来的数字信号在上位机中进行计算，最终输出结果，上位机根据收到的信号反馈回高压模块不同的信号，控制高压模块产生不同的反偏电压，使整个系统处于自动调节中。
2.如权利要求1所述的自调节脉冲激光测距系统，其特征是，上位机根据接收到的信号自动调节APD的偏压，使接收到的信号在模数转换模块的量程范围。
3.一种自调节脉冲激光测距方法，其特征是，利用激光器发出脉冲激光经过光学系统一束直接到达APD，另外一束经过目标物反射回APD，APD将光信号转化成电信号，并且经过放大电路输入到模数转换模块进行量化，最终在上位机处理；同时，利用上位机根据接收到的信号自动调节APD的偏压，使接收到的信号在模数转换模块的量程范围。
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