CN108760044B - 一种高精度远距离激光接收传感定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种高精度远距离激光接收传感定位方法及系统。其中，方法包括处理器接收光电传感器阵列发送的电信号，该电信号为光电传感阵列采集激光发射器出射的激光信号转化所得；处理器根据用户输入的模式选择指令，利用电信号计算激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置信息。其中，光电传感器阵列的阵列方向与激光发射器出射的激光光束所在平面相垂直。本申请大幅提升了激光发射器输出的激光信息在激光接收器上的定位精度，应用范围更广；本申请的高精度定位使得无需进行后续处理即可满足要求，从而降低了后续处理成本；还大幅提升了抗干扰性能，环境适应能力强，条件更宽松；对激光发射器的要求不高，大幅降低发射器成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及激光技术领域，特别是涉及一种高精度远距离激光接收传感定位方法及系统。
背景技术
随着激光技术的快速发展，利用激光技术制备的各种设备逐渐普及应用在各行各业。在利用激光技术制备的设备中，基础元件包括激光发射器和激光接收器，激光发射器发射平面脉冲激光束，激光接收器的接收传感器接收激光发射器发射的激光，并对激光光束携带的光信息进行分析处理，得到所需信息，以供其它后续电路使用。可见，激光接收器的性能决定着整个激光系统的性能优劣。
举例来说，双轴坡度单(双)向激光扫平仪，是集当今最先进的光机电和数字化技术于一体的数字化多功能全自动激光扫平仪。基于精确的电子安平系统和数字化坡度设置，该仪器可完全满足所有的工作需要，为大型广场和农田整平、修建机场和高速公路等等工程领域提供了高精度和多用途的施工基准，例如在农业机械领域作为平地机，在公路桥梁建设领域中进行桥梁检测，在建筑行业领域中进行水平面标高等。
目前市场上激光设备90％来自国外品牌，例如拓普康、徕卡、天宝、摩巴，市场份额为2亿多美元。价格不透明且偏贵，导致激光系统的市场价格居高不下，昂贵的价格限制激光系统的普适性，如何控制激光系统的制造成本至关重要。
对于现有的激光接收器，在一些实际的高精度应用场合中，精度不高的定位设备需要进行后期处理才能达到要求，耗费了大量人力物力，导致后续维护成本较高；此外，在镜面反射作用大的工况中，被反射或散射到接收器上的外界光源会严重干扰激光接收器对接收的激光信号的处理，对激光发射器的输出激光信息质量要求较高，相应的增加了整个激光系统的配套设施成本。
发明内容
本发明实施例提供了一种高精度远距离激光接收传感定位方法及系统，大幅提升了激光发射器输出的激光信息在激光接收器上的定位精度，应用范围更为广泛，不仅降低了后续处理成本，大幅提升了抗干扰性能，环境适应能力强，条件更宽松；还对激光发射器的要求不高。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
本发明实施例一方面提供了一种高精度远距离激光接收传感定位方法，包括：
获取光电传感器阵列发送的电信号，所述电信号为所述光电传感器阵列通过采集激光发射器出射的激光信号转化；
接收用户输入的模式选择指令，根据所述模式选择指令，利用所述电信号计算激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息；
其中，所述光电传感器阵列的阵列方向与所述激光发射器出射的激光光束所在平面相垂直。
可选的，所述根据所述模式选择指令，利用所述电信号计算激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息包括：
所述模式选择指令为近距离模式指令，对所述光电传感器阵列中各光电传感器输出的电信号，利用傅里叶变换提取激光信号中的预设频率信息，确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息。
可选的，所述确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息包括：
对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中预设频率正弦波的幅值大小；
确定所述激光光束平面在光电传感器阵列上的照射范围，所述照射范围的中点为所述激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，所述位置的计算精度小于0.5毫米。
可选的，所述根据所述模式选择指令，利用所述电信号计算激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息包括：
所述模式选择指令为远距离模式指令，所述激光发射器应用于激光扫平仪，对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的电信号对应的波形数据的差异，确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息。
可选的，所述对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的电信号对应的波形数据的差异，确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息包括：
对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中窄脉冲的幅值大小，确定所述激光光束平面在所述光电传感器阵列上的照射范围，所述照射范围的中点为所述激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，所述位置的计算精度小于0.5毫米。
可选的，所述获取光电传感器阵列发送的电信号为：
获取太阳能电池阵列发送的电信号，所述太阳能电池阵列为由多片太阳能电池构成的传感器阵列。
本发明实施例另一方面提供了一种高精度远距离激光接收传感定位系统，包括光电传感器阵列、处理器和模式选择开关；
所述光电传感器阵列的阵列方向与激光发射器出射的激光光束所在平面相垂直；所述光电传感器阵列通过模数转化电路与所述处理器相连，用于将采集到的激光发射器输出的激光光信号转化为电信号，并将所述电信号发送至所述处理器；
所述模式选择开关与所述处理器相连，所述处理器用于获取光电传感器阵列发送的电信号，并利用所述电信号，根据所述模式选择开关反馈的用户输入的模式选择指令，计算激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息。
可选的，所述光电传感器阵列为多片太阳能电池构成的传感器阵列。
可选的，所述模式选择指令为近距离模式指令，所述处理器还用于对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中预设频率正弦波的幅值大小；确定激光光束平面在光电传感器阵列上的照射范围，所述照射范围的中点为所述激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，所述位置的计算精度小于0.5毫米。
可选的，所述模式选择指令为远距离模式指令，所述处理器还用于对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中窄脉冲的幅值大小，确定所述激光光束平面在所述光电传感器阵列上的照射范围，所述照射范围的中点为所述激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，所述位置的计算精度小于0.5毫米。
本发明实施例提供了一种高精度远距离激光接收传感定位方法，接收光电传感器阵列发送的电信号，该电信号为光电传感阵列采集激光发射器出射的激光信号转化所得；当接收到用户输入的模式选择指令，根据该模式选择指令，利用电信号计算激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置信息。其中，光电传感器阵列的阵列方向与激光发射器出射的激光光束所在平面相垂直。
本申请提供的技术方案的优点在于，首先，对比市面上现有产品，本申请大幅提升了激光发射器输出的激光信息在激光接收器上的定位精度，应用范围更广；其次，在应用实际中，精度不高的定位设备需要耗费大量人力物力进行后期处理才能达到要求，而本申请的高精度定位使得无需进行此类后续处理即可满足要求，从而大大降低了后续处理成本，且静止激光发射器比旋转激光发射器安装方便，使用便利；再次，本申请提供的方法大幅提升了抗干扰性能，环境适应能力强，条件更宽松；最后，本申请提供的方法对激光发射器的要求不高，大幅降低发射器成本。
在一种具体的实施方式中，在近距离模式下的激光发射器发射的激光为静止平面激光束，而现有的国际国内产品均无法识别此种激光强度，而只能识别点状激光，因为强度大，所以要求激光发射器必须旋转式的，而本申请的激光发射器是静止的，成本低廉。只有在远距离模式下才使用旋转式的。另外，本申请的激光发射器与激光接收器之间的距离无论远近，位置计算精度均在0.5毫米以内，可见，本申请有效的提升了激光光束平面的中心点在光电传感器阵列上的定位精度。
此外，本发明实施例还针对高精度远距离激光接收传感定位方法提供了相应的系统，进一步使得所述方法更具有实用性，所述系统具有相应的优点。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供一种高精度远距离激光接收传感定位方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的激光系统的一种具体实施方式结构示意图；
图3为本发明实施例提供另一种高精度远距离激光接收传感定位方法的流程示意图
图4为本发明实施例提供的一个示意性例子的平面侧视示意图；
图5为本发明实施例提供的Z方向光强分布示意图；
图6为本发明实施例提供的远距离模型下的电信号波形示意图；
图7为本发明实施例提供的近距离模型下的电信号波形示意图；
图8为本发明实施例提供的高精度远距离激光接收传感定位装置的一种具体实施方式结构图；
图9为本发明实施例提供的高精度远距离激光接收传感定位系统的一种具体实施方式结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
首先参见图1，图1本发明实施例提供的一种高精度远距离激光接收传感定位方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：
S101：获取光电传感器阵列发送的电信号。
S102：接收用户输入的模式选择指令，根据模式选择指令，利用电信号计算激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置信息。
激光发射器发射平面脉冲激光光束，或者是经过特定频率的脉冲调制的平面激光光束，光电传感器阵列中的各个光电传感器将采集捕捉到的激光光信号转化为电信号，并将该电信号携带的信息输送至处理器进行后续信号处理。
光电传感器阵列包含多个光电传感器，多个光电传感器按照用户所需进行排列构成阵列，例如线性阵列，至于阵列中包含的光电传感器的个数，可根据具体的实际情况进行选取，本申请对此不做任何限定。
光电传感器阵列的阵列方向与激光发射器出射的激光光束所在平面相垂直。在一种具体的实施方式中，请参阅图2所示，光电传感器阵列可呈纵向直线分布，相对应的，激光发射器出射的激光光束平面为水平面。
在一种具体的实施方式中，光电传感器阵列可由多片太阳能电池构成，也即每个光电传感器即为一片太阳能电池。将多片太阳能电池进行排列组合构成激光接收传感器阵列，此处的太阳能电池输出的微弱信号用于信号处理，而非用于发电，采用太阳能电池作为接收器的接收传感器，较现有技术中采用光敏管，具有的优势如下所述：
目前激光系统中激光接收器所使用的光电传感器均为光敏管，由于光敏管只能识别激光的有无，而无法判断激光的强弱，因此相邻光敏管的间距限制了激光照射位置的定位精度，误差为间距的一半。由于光敏管的尺寸，目前激光接收器中光敏管间距一般为5毫米，因此误差精度为2.5毫米。而采用太阳能电池作为光电传感器，可判断激光照射强度，进而计算得到光照实际位置。在使用普通红外线的激光水平仪，对激光信号照射至光电传感器阵列上的位置指示能够精确到0.5毫米以内。
当用光敏管作为激光接收器的传感器时，由于光敏管要求光照达到一定强度才会导通，因此要求激光是旋转的点光源，且保持在同一个平面内，对激光发射器的要求非常高，激光发射器造价高昂。而本申请只需激光发射器能发出线激光即可，对激光发射器输出光信号的要求极低，市面上通用的激光水平仪即可满足本系统的要求，有利于降低整个激光设备的制造成本，从而降低激光设备的市场价格。
现有技术中，即使用光敏管作为激光接收器的接收传感器，需要激光发射器一直在旋转，因此只能置于地面或三脚架上，安装条件受限。而利用本申请制备的激光系统中的激光发射器为静止状态，只需进行固定，安装条件也不受限制，普适性较强。
现有激光发射器的两种工作模式，即根据激光发射器与激光接收器之间的距离所定义，即近距离模式(例如100m之内)和远距离模式(例如100m之外)。处于近距离模式的激光发射器可选择能打水平线和可工作于脉冲模式的水平仪；而处于远距离模式的激光发射器可选择旋转水平扫平仪。
而在不同模式下，由于激光接收器接收到的激光光信息量差别较大，为了提高定位精度，对后期的信号处理的方式不同，即利用电信号计算得到激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置信息的方法不同，故可设置不同模式选择功能，用户可根据实际的操作环境和应用场景进行选择所需要的模式。在一种具体的实施方式中，模式选择指令可包括近距离模式指令和远距离模式指令，举例来说，当用户选择的为近距离模式时，系统会接收到近距离模式指令。
具体的，可以在系统中通过设置一个用户模式选择开关，该模式选择开关具有两种状态，分别对应近距离模式和远距离模式。
在用户选取不同的模式时，光电传感器输出的波形图在不同模式下不同，具体请参见图6(远距离模式)和图7(近距离模式)所示，利用电信号计算激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置信息的过程如下所述：
当用户选择近距离模式指令时，可对光电传感器阵列中各光电传感器输出的电信号进行傅里叶变化，以提取得到激光信息中预设频率(也即特定频率)信息，根据提取到的信息确定激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置信息。
具体的，可对比光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中预设频率(特定频率)正弦波的幅值大小，确定所述激光光束平面在光电传感器阵列上的照射范围，则在该照射范围的中点即为激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，位置的计算精度小于0.5毫米。在近距离模式下，外界干扰光源对后续信息处理的干扰影响较小，几乎可忽略不计，不仅有效的避免传统的传感器提取激光的幅度信息计算的弊端，从而提升了整个激光设备的抗干扰性能，还可提升激光光束平面的中心点在光电传感器阵列上的定位精度。一种具体的应用场景中，在该种模式下，即使使用普通的红外线激光水平仪，在距离100m范围内，激光光束平面的中心点在光电传感器阵列上的定位精度可精确到0.5毫米之内。
在近距离模式下的激光发射器发射的激光为静止平面激光束，而现有的国际国内产品均无法识别此种激光强度，而只能识别点状激光，因为强度大，所以要求激光发射器必须旋转式的，而本申请的激光发射器是静止的，成本低廉。只有在远距离模式下才使用旋转式的。进一步的，本申请的位置计算精度均在0.5毫米以内，可见，本申请有效的提升了激光光束平面的中心点在光电传感器阵列上的定位精度。
当用户选择远距离模式时，对比光电传感器阵列中各光电传感器的电信号对应的波形数据的差异，确定激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置信息。具体的，可对比光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中窄脉冲的幅值大小，确定激光光束平面在光电传感器阵列上的照射范围，则该照射范围的中点即为激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，位置的计算精度小于0.5毫米在远距离模式下，对应的激光发射器应可采用激光扫平仪，即发射器是旋转扫描的，对激光发射器的要求比较高。
需要说明的是，利用本申请提供的技术方案制备的激光设备，可广泛应用于工程机械如压路机、摊铺机、平地机、挖掘机等；应用在农业机械例如耕地机、播种机、收采(割)机等等；当军用地面雷达的调平系统时，可快速，高效，精确使天线水平，大大提高雷达的探测精度与天线使用寿命；此外，还可应用在军用雷达找平、水泥摊铺机、铣刨机等众多领域，可见，基于本申请提供的技术方案制备的激光设备的用途广泛，具有很大的发展前景。
在本发明实施例提供的技术方案中，首先，对比市面上现有产品，本申请大幅提升了激光发射器输出的激光信息在激光接收器上的定位精度，应用范围更广；其次，在应用实际中，精度不高的定位设备需要耗费大量人力物力进行后期处理才能达到要求，而本申请的高精度定位使得无需进行此类后续处理即可满足要求，从而大大降低了后续处理成本；再次，本申请提供的方法大幅提升了抗干扰性能，环境适应能力强，条件更宽松；另外，本申请提供的方法对激光发射器的要求不高，大幅降低发射器成本；最后，静止激光发射器比旋转激光发射器安装方便，使用便利。
在一种具体的应用场景中，激光接收器运动时，为了保证激光接收器始终在同一个平面内运动，当激光接收器一旦偏离原运动平面时，能够快速准确的将激光接收器拉回至原运动平面。基于上述实施例，请参阅图3，还可包括：
S103：根据位置信息判断光电传感器阵列是否偏离预设的基准高度，若是，则执行S104；
S104：根据位置信息和基准高度生成驱动光电传感器阵列移动的指令，以使光电传感器阵列始终保持在同一平面运动。
为了实现激光接收器始终保持在同一平面内运动，例如，在同一水平面运动，初始化时，可预先设置激光接收器中光电传感器阵列的基准高度，也就是说可将激光接收器的高度调整到一个基准高度，工作过程中，当激光接收器运动时导致偏离了这个基准高度，可迅速将接收机调节回基准高度，达到接收机始终处于同一水平面的目的。
鉴于本申请提供的激光接收器在处于上述两种工作模式的激光发射器下均可运用，且在具体的信号处理过程中，分别根据不同的模式进行分析处理，在该应用场景中，两种模式(近距离模式和远距离模式)下的调整方式是一样的，具体过程可如下所述：
将激光光束中心点实际照射位置与基准高度之差发送给驱动装置，以驱动光电传感器阵列进行移动；重复以上过程，直至激光光束中心点的照射位置移动至基准高度。
为了本领域技术人员更加清楚明白本申请的技术方案，本申请还以具体的实例进行阐述，即在上述应用场景中，介绍本申请技术方案的一种实施方式，为了方便描述该技术方案的实现过程，在下述描述中，以激光接收器在水平面上运动为例介绍。以下以具体的实例进行阐述整个技术方案的原理，可参见图2所示。T为激光发射器，R为激光接收器的光电传感器阵列，P为激光光束平面。
R上每个小的区域为一个独立的光电传感器单元，具体的可使用太阳能电池片作为光电传感器。
当激光发射器出射的激光光束照射到光电传感器阵列时，光电传感器阵列中的各光电传感器将光信号转换为电信号输出，供后续电路处理。
理想情况下，图2中的激光光束平面与光电传感器阵列相交处为一条线，因此只照射到一个传感器。但是，考虑到激光也会发散，随着传输距离变大，激光的发散效果就越来越明显，导致平面会有一定的厚度，使得传感器阵列上的多个传感器同时接收到该激光，如图4所示。
为了方便描述，在图4中，给每个光电传感器进行了编号，共有18个光电传感器，激光光束同时照射到其中的8、9、10、11和12号光电传感器。此种情况下，只有中点M(9号传感器与10号传感器的相交点)与发射点A(激光光束的发射点)处于同一水平面。
为使激光接收器始终保持在同一水平面内运动，即相当于让M点始终处于光电传感器阵列上的同一位置，在此处即为9号传感器与10号传感器的相交点。当使用该系统时，首先确定M点的位置，也即是预先设置基准高度，M点位置为基准高度所在光电传感器阵列上的基准点，该点一旦确定了，激光接收器运动过程中导致M点位置发生了变化，都应能够迅速调节回到初始位置，达到激光接收器始终在同一水平面内运动的目的。因此M点的位置对于整个系统非常关键。
以光电传感器阵列方向为z轴方向，1号光电传感器的下边缘为坐标原点，向上为正。设光电传感器的高度为h，则第n，n＝1，2，…，18个光电传感器对应的坐标区间为[(n-1)·h，n·h)。设位置z∈[(n-1)·h，n·h)处有光照，则此处激光光束照射于n号光电传感器，所有上述区间的光照均被n号光电传感器接收。光电传感器的输出信号强弱只与接收到的光强总量有关，而与位置无关。
在实际操作中，可首先调节激光接收器，使得zM刚好位于中间两个传感器的相交点，即为预设的基准高度。在图4所示阵列的情况下，zM应为9号传感器与10号传感器的相交点，大小如下：
zM＝9*h。
通过对光电传感器输出信号的比较，计算出激光光束照射到光电传感器阵列的上边沿位置z1和下边沿位置z2，则中心点为
将差值
发送至后续调整电路，调整光电传感器阵列，直至使得zc与zM重合，调整完毕。
由上可知，激光接收器的z坐标值只要产生的微小变化，就会导致z1和z2发生改变，本申请就能识别到这种变化并通过上述过程重新调整到基准点，所以精度非常高。
此外，在该应用场景下，还可通过比较Δz1＝z1-zM和Δz2＝z2-zM是否相等，来判断激光光束平面中心点是否到达预设的基准点，当Δz1＝Δz2，激光光束平面中心点到达预设的基准点；当Δz1≠Δz2，激光光束平面中心点还未到达预设的基准点，需要继续调整光电传感器阵列，直至激光光束平面中心点到达预设的基准点。
本发明实施例还针对高精度远距离激光接收传感定位方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。
请参见图8，图8为本发明实施例提供的高精度远距离激光接收传感定位装置在一种具体实施方式下的结构图，该装置可包括：
获取信息模块801，用于获取光电传感器阵列发送的电信号，电信号为光电传感器阵列通过采集激光发射器出射的激光信号转化。
位置确定模块802，用于接收用户输入的模式选择指令，根据模式选择指令，利用电信号计算激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置信息。
本发明实施例所述高精度远距离激光接收传感定位装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例的高精度定位使得无需进行后续处理即可满足要求，从而降低了后续处理成本；还大幅提升了抗干扰性能，环境适应能力强，条件更宽松；对激光发射器的要求不高，大幅降低发射器成本。
本发明实施例还针对高精度远距离激光接收传感定位方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的高精度远距离激光接收传感定位系统进行介绍，下文描述的高精度远距离激光接收传感定位系统与上文描述的高精度远距离激光接收传感定位方法可相互对应参照。
请参见图9，图9为本发明实施例提供的一种高精度远距离激光接收传感定位系统在一种具体实施方式下的结构框图，本发明实施例可包括以下内容：
高精度远距离激光接收传感定位系统可包括光电传感器阵列1、处理器2和模式选择开关3，光电传感器阵列1的阵列方向与激光发射器出射的激光光束所在平面相垂直，通过模电转换电路与处理器2相连，模式选择开关3与处理器2相连。
处理器2用于获取光电传感器阵列发送的电信号，并利用电信号，根据模式选择开关3反馈的用户输入的模式选择指令，计算激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置信息。
处理器2可以处理的信号为数字信号，在各光电传感器将光信号转化为电信号后，可通过模数转换电路将模拟电信号转化为数字电信号，将转化后的数字信号发送至处理器2中。在一种具体的实施方式中，处理器2可为单片机。
可选的，模式选择开关3可为双状态开关，两种状态分别对应两种不同的模式，即远距离模式和近距离模式。
在近距离模式下，处理器2还可用于对比光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中预设频率正弦波的幅值大小；确定激光光束平面在光电传感器阵列上的照射范围，照射范围的中点为激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置，位置的计算精度小于0.5毫米。
在远距离模式下，处理器2还可用于对比光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中窄脉冲的幅值大小，确定激光光束平面在光电传感器阵列上的照射范围，照射范围的中点为激光光束平面的中心点照射在光电传感器阵列上的位置，位置的计算精度小于0.5毫米。
处理器2在执行存储器中存储的程序时可实现如上任何一个方法实施例所述的方法的步骤。在一种具体的实施方式中，光电传感器阵列1可由多片太阳能电池构成，也即每个光电传感器即为一片太阳能电池。
本发明实施例所述高精度远距离激光接收传感定位系统的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
在本发明实施例提供的技术方案中，高精度定位使得无需进行后续处理即可满足要求，从而降低了后续处理成本；还大幅提升了抗干扰性能，环境适应能力强，条件更宽松；对激光发射器的要求不高，大幅降低发射器成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的一种高精度远距离激光接收传感定位方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种高精度远距离激光接收传感定位方法，其特征在于，包括：
获取光电传感器阵列发送的电信号，所述电信号为所述光电传感器阵列通过采集激光发射器出射的激光信号转化；所述光电传感器阵列的阵列方向与所述激光发射器出射的激光光束所在平面相垂直；
接收用户输入的模式选择指令，根据所述模式选择指令，利用所述电信号计算激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息；
其中，所述模式选择指令为近距离模式指令，所述激光发射器发射的激光为静止平面激光束，对所述光电传感器阵列中各光电传感器输出的电信号，利用傅里叶变换提取激光信号中的预设频率信息，确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息；
所述模式选择指令为远距离模式指令，所述激光发射器应用于激光扫平仪，对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的电信号对应的波形数据的差异，确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息。
2.根据权利要求1所述的高精度远距离激光接收传感定位方法，其特征在于，所述确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息包括：
对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中预设频率正弦波的幅值大小；
确定所述激光光束平面在所述光电传感器阵列上的照射范围，所述照射范围的中点为所述激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，所述位置的计算精度小于0.5毫米。
3.根据权利要求1所述的高精度远距离激光接收传感定位方法，其特征在于，所述对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的电信号对应的波形数据的差异，确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息包括：
对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中窄脉冲的幅值大小，确定所述激光光束平面在所述光电传感器阵列上的照射范围，所述照射范围的中点为所述激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，所述位置的计算精度小于0.5毫米。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的高精度远距离激光接收传感定位方法，其特征在于，所述获取光电传感器阵列发送的电信号为：
获取太阳能电池阵列发送的电信号，所述太阳能电池阵列为由多片太阳能电池构成的传感器阵列。
5.一种高精度远距离激光接收传感定位系统，其特征在于，包括光电传感器阵列、处理器和模式选择开关；
所述光电传感器阵列的阵列方向与激光发射器出射的激光光束所在平面相垂直；所述光电传感器阵列通过模数转化电路与所述处理器相连，用于将采集到的激光发射器输出的激光光信号转化为电信号，并将所述电信号发送至所述处理器；
所述模式选择开关与所述处理器相连，所述处理器用于获取光电传感器阵列发送的电信号，并利用所述电信号，根据所述模式选择开关反馈的用户输入的模式选择指令，计算激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息；
其中，所述处理器具有用于：所述模式选择指令为近距离模式指令，所述激光发射器发射的激光为静止平面激光束，对所述光电传感器阵列中各光电传感器输出的电信号，利用傅里叶变换提取激光信号中的预设频率信息，确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息；所述模式选择指令为远距离模式指令，所述激光发射器应用于激光扫平仪，对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的电信号对应的波形数据的差异，确定激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置信息。
6.根据权利要求5所述的高精度远距离激光接收传感定位系统，其特征在于，所述光电传感器阵列为多片太阳能电池构成的传感器阵列。
7.根据权利要求5所述的高精度远距离激光接收传感定位系统，其特征在于，所述模式选择指令为近距离模式指令，所述处理器还用于对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中预设频率正弦波的幅值大小；确定激光光束平面在光电传感器阵列上的照射范围，所述照射范围的中点为所述激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，所述位置的计算精度小于0.5毫米。
8.根据权利要求5所述的高精度远距离激光接收传感定位系统，其特征在于，所述模式选择指令为远距离模式指令，所述处理器还用于对比所述光电传感器阵列中各光电传感器的波形数据中窄脉冲的幅值大小，确定所述激光光束平面在所述光电传感器阵列上的照射范围，所述照射范围的中点为所述激光光束平面的中心点照射在所述光电传感器阵列上的位置，所述位置的计算精度小于0.5毫米。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2811947Y (zh) * | 2005-07-28 | 2006-08-30 | 陆建红 | 激光光斑中心探测器 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2811947Y (zh) * | 2005-07-28 | 2006-08-30 | 陆建红 | 激光光斑中心探测器 |
| CN203642927U (zh) * | 2013-12-19 | 2014-06-11 | 上海诺司纬光电仪器有限公司 | 一种激光扫平仪探测器 |
| CN107290739A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-10-24 | 美国西北仪器公司 | 探测器组件、探测器及激光测距系统 |
Non-Patent Citations (1)
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| 数显式激光扫平仪校正台;赵念念等;《西安理工大学学报》;20040120;正文第87-89页 * |
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