CN108196261B - 一种快速高精度测距系统 - Google Patents
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Abstract
一种快速高精度测距系统，涉及测量技术领域；包括微控制器、切换开关、激光器、辅接收器模块和主接收器模块；通过微控制器控制切换开关对外部的差动信号进行切换；首先对辅接收器模块和主接收器模块的延迟相位差进行差值计算，得到两个接收器模块，自身存在的相位插值；随后通过切换开关接入外部主振信号和次信号，完成对双接收系统误差相位的校正；校正完毕开关切换开启发射系统，实现对参考光路和测量光路的测量和同时鉴相，实现距离实时性的测量。本发明无需采用机械装置切换，无损耗、寿命长；开机启动的校正提高了测量精度，远距离测量达毫米量级，而双接收提高了测量速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量技术领域，特别是一种快速高精度测距系统。
背景技术
激光测距已经广泛应用，常用的测量方法包括脉冲计时和检测相位两种方法。脉冲在高速和长距离测量具有很大的优势，而相位检测法在短距离和高精度方面具有很大的优势。顾名思义，相位检测测距的方法以牺牲时间获取测量精度，从发射器和接收器的角度将相位式测量法分为以下几大类：单发(发射器)单收(接收器)、双发单收和双发双收。单发单收实现高精度测量需要采用机械装置切换，测量时间长，并伴有机械损耗，双发单收需要来回切换发射激光器，延长了测量时间，并且发射电路不一样，导致的延时无法有效校准，精度无法有效提高；以双发双收的理论精度最高，但测量周期长，无法有效应用于快速高精度场合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种快速高精度测距系统，提高了测距系统的速度和精度。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种快速高精度测距系统，包括微控制器、切换开关、激光器、辅接收器模块和主接收器模块；
微控制器：控制切换开关进行接收信号切换；接收辅接收器模块传来的含有辅接收器模块相位延迟信息的差动信号；接收主接收器模块传来的含有主接收器模块相位延迟信息的差动信号；计算辅接收器模块相位延迟差动信号与主接收器模块相位延迟差动信号的差值，并对差动信号相位延迟差值进行存储；控制切换开关进行接收信号切换；接收辅接收模块传来的辅混频信号；接收主接收模块传来的主混频信号；计算辅混频信号和主混频信号的相位延迟差值；将辅混频信号和主混频信号的相位延迟差值减去差动信号相位延迟差值，即得到精确待测靶标距离；
切换开关：在微控制器的控制下，切换接收信号，接收外部的差动信号；并将的差动信号分别传输至辅接收器模块和主接收模块；在微控制器的控制下，切换接收信号，接收外部主振信号和次信号；将主振信号发送至激光器；将次信号分别发送至辅接收器模块和主接收器模块；
辅接收器模块：接收切换开关传来的的差动信号；将辅接收器模块的相位延迟信息附加在的差动信号中，生成含有辅接收器模块相位延迟信息的差动信号，并将含有辅接收器模块相位延迟信息的差动信号发送至微控制器；接收切换开关传来的次信号；接收激光器传来的激光参考光束；将激光参考光束转换为包含预设人工设定参考距离相位的电信号；并将电信号与次信号进行混频处理，生成的辅混频信号，将的辅混频信号发送至微控制器；
主接收器模块：接收切换开关传来的的差动信号；将主接收器模块的相位延迟信息附加在的差动信号中，生成含有主接收器模块相位延迟信息的差动信号，并将含有主接收器模块相位延迟信息的差动信号发送至微控制器；接收切换开关传来的次信号；接收外部待测靶标反射的激光测量光束；将激光测量光束转换为包含待测靶标距离相位的电信号；并将电信号与次信号进行混频处理，生成的主混频信号，将的主混频信号发送至微控制器；
激光器：接收切换开关传来的主振信号，发出激光测量光束至外部待测靶标，经反射后，激光测量光束传输至主接收器模块；发出激光参考光束至辅接收器模块。
在上述的一种快速高精度测距系统，所述的差动信号的频率为10KHz。
在上述的一种快速高精度测距系统，所述的辅混频信号和主混频信号的频率均为10KHz。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了切换开关，完成对差动信号、次信号以及主振信号的切换，实现了对系统本身相位延迟的补偿，提升了系统的测距测量精度；
(2)本发明采用了主接收器模块和辅接收器模块，对参考光束和测量光束并行接收和处理，与串行处理相比，测量速度提升了一倍；
(3)本发明采用了主接收器模块和辅接收器模块，对参考光束和测量光束并行接收和处理，与串行处理相比，测量速度提升了一倍；
(4)本发明采用了微控制器模块，实现对切换开关的控制以及主接收器模块和辅接收模块发送信号的处理，并对差动信号的相位延迟进行计算。控制与计算集于一身，简化了电路结构。
附图说明
图1为本发明高精度测距系统框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
测距系统包括用以发射测量光束与参考光束的发射装置以及用以接收参考光束与测量光束的双接收装置，以及后续的滤波放大和鉴相电路，所述测距系统还包括一种切换开关电路，开机过程中将发射系统关闭，通过开关切换电路完成对双接收系统误差相位的校正；校正完毕开关切换开启发射系统，实现对参考光路和测量光路的测量和同时鉴相，实现距离实时性的测量。本发明无需采用机械装置切换，无损耗、寿命长；开机启动的校正提高了测量精度，远距离测量达毫米量级，而双接收提高了测量速度。
图1为高精度测距系统框图，由图可知，一种快速高精度测距系统，其特征在于：包括微控制器、切换开关、激光器、辅接收器模块和主接收器模块；
微控制器：控制切换开关进行接收信号切换；接收辅接收器模块传来的含有辅接收器模块相位延迟信息的10KHz的差动信号；接收主接收器模块传来的含有主接收器模块相位延迟信息的10KHz差动信号；计算辅接收器模块相位延迟10KHz的差动信号与主接收器模块相位延迟10KHz的差动信号的差值，并对10KHz的差动信号相位延迟差值进行存储；控制切换开关进行接收信号切换；接收辅接收模块传来的10KHz的辅混频信号；接收主接收模块传来的10KHz的主混频信号；计算10KHz的辅混频信号和10KHz的主混频信号的相位延迟差值；将10KHz的辅混频信号和10KHz的主混频信号的相位延迟差值减去10KHz的差动信号相位延迟差值，即得到精确待测靶标距离；
切换开关：在微控制器的控制下，切换接收信号，接收外部的10KHz的差动信号；并将的10KHz的差动信号分别传输至辅接收器模块和主接收模块；在微控制器的控制下，切换接收信号，接收外部主振信号和次信号；将主振信号发送至激光器；将次信号分别发送至辅接收器模块和主接收器模块；
辅接收器模块：接收切换开关传来的的10KHz的差动信号；将辅接收器模块的相位延迟信息附加在的10KHz的差动信号中，生成含有辅接收器模块相位延迟信息的10KHz的差动信号，并将含有辅接收器模块相位延迟信息的10KHz的差动信号发送至微控制器；接收切换开关传来的次信号；接收激光器传来的激光参考光束；将激光参考光束转换为包含预设人工设定参考距离相位的电信号；并将电信号与次信号进行混频处理，生成的10KHz的辅混频信号，将的10KHz的辅混频信号发送至微控制器；
主接收器模块：接收切换开关传来的的10KHz的差动信号；将主接收器模块的相位延迟信息附加在的10KHz的差动信号中，生成含有主接收器模块相位延迟信息的10KHz的差动信号，并将含有主接收器模块相位延迟信息的10KHz的差动信号发送至微控制器；接收切换开关传来的次信号；接收外部待测靶标反射的激光测量光束；将激光测量光束转换为包含待测靶标距离相位的电信号；并将电信号与次信号进行混频处理，生成的10KHz的主混频信号，将的10KHz的主混频信号发送至微控制器；
激光器：接收切换开关传来的主振信号，发出激光测量光束至外部待测靶标，经反射后，激光测量光束传输至主接收器模块；发出激光参考光束至辅接收器模块。
测距系统包括用以发射光束的激光器为发射源，通过分光镜，将发射光束分为参考光束和测量光束；更进一步地说，本发明提供的测距系统，主辅接收电路系统用以接收参考与测量光束，两者由于特性以及电路的差异性等，在同一频率下，不可避免地存在相移的差异，为此，切换开关通过开启激光器以及切换本振频率信号的方式实现对主接收器模块和辅接收器模块的相位校正。
在上电初始化已经校正，因此，由系统差异导致的相位误差可以有效地校准，提高测量精度。开启启动初始化的校准后无需再次校准，本发明实现了参考通路和测量通路的同时测量，有效了提高测量速度。因此，本发明提供的测量系统能够同时满足高精度高速测量的要求。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.一种快速高精度测距系统，其特征在于：包括微控制器、切换开关、激光器、辅接收器模块和主接收器模块；
微控制器：控制切换开关进行接收信号切换；接收辅接收器模块传来的含有辅接收器模块相位延迟信息的差动信号；接收主接收器模块传来的含有主接收器模块相位延迟信息的差动信号；计算辅接收器模块相位延迟差动信号与主接收器模块相位延迟差动信号的差值，并对差动信号相位延迟差值进行存储；控制切换开关进行接收信号切换；接收辅接收模块传来的辅混频信号；接收主接收模块传来的主混频信号；计算辅混频信号和主混频信号的相位延迟差值；将辅混频信号和主混频信号的相位延迟差值减去差动信号相位延迟差值，即得到精确待测靶标距离；
切换开关：在微控制器的控制下，切换接收信号，接收外部的差动信号；并将差动信号分别传输至辅接收器模块和主接收模块；在微控制器的控制下，切换接收信号，接收外部主振信号和次信号；将主振信号发送至激光器；将次信号分别发送至辅接收器模块和主接收器模块；
辅接收器模块：接收切换开关传来的差动信号；将辅接收器模块的相位延迟信息附加在差动信号中，生成含有辅接收器模块相位延迟信息的差动信号，并将含有辅接收器模块相位延迟信息的差动信号发送至微控制器；接收切换开关传来的次信号；接收激光器传来的激光参考光束；将激光参考光束转换为包含预设人工设定参考距离相位的电信号；并将电信号与次信号进行混频处理，生成辅混频信号，将辅混频信号发送至微控制器；
主接收器模块：接收切换开关传来的差动信号；将主接收器模块的相位延迟信息附加在差动信号中，生成含有主接收器模块相位延迟信息的差动信号，并将含有主接收器模块相位延迟信息的差动信号发送至微控制器；接收切换开关传来的次信号；接收外部待测靶标反射的激光测量光束；将激光测量光束转换为包含待测靶标距离相位的电信号；并将电信号与次信号进行混频处理，生成的主混频信号，将的主混频信号发送至微控制器；
激光器：接收切换开关传来的主振信号，发出激光测量光束至外部待测靶标，经反射后，激光测量光束传输至主接收器模块；发出激光参考光束至辅接收器模块。
2.根据权利要求1所述的一种快速高精度测距系统，其特征在于：所述差动信号的频率为10KHz。
3.根据权利要求2所述的一种快速高精度测距系统，其特征在于：所述辅混频信号和主混频信号的频率均为10KHz。
4.根据权利要求3所述的一种快速高精度测距系统，其特征在于：所述激光器内部设置有分光镜，实现将发射激光分为激光测量光束和激光参考光束。
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