CN109031328B - 含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法 - Google Patents

含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线测量方法，包括以下几个步骤；第一步：测量激光接收系统不同衰减系数下的探测概率；第二步：确定出激光回波功率的概率分布曲线f(P)；第三步：采用“一种激光接收系统探测概率曲线测量解算方法”中的解算方法，解算得到此距离时对应的激光接收系统探测概率的实际响应曲线g(P|R)；第四步：改变距离，重复上述过程，即可得到不同距离的接收系统探测概率的实际响应曲线；直至随着距离的增大，激光接收系统探测概率的实际响应曲线不再改变，测试过程结束；本方法在保证了测试准确性的同时，得到了不同时序增益情况下探测概率与接收功率的完整变化曲线簇。

Description

含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法
技术领域
本发明涉及激光设备性能测试领域，具体是含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法。
背景技术
激光测距机为有效抑制大气后向散射造成的误测，其接收系统中均设计有时序增益控制功能，在激光发射的瞬间，放大倍率最小，灵敏度阈值较高；而后随时间增加，其放大倍率呈指数形式增加，相应的灵敏度阈值不断降低；在超过一定时间后，其放大倍率达到最大值，相应的灵敏度阈值达到最低，并在之后的时间内保持不变。激光接收系统探测概率与接收功率的变化曲线是描述激光测距机极限工作能力的一种最有效描述手段，最为全面、直观。但现有测试方法都在实验室进行，要求使用稳定性极高的激光发射光源，且因为不能精确控制激光光源发射时间，故只能屏蔽掉激光测距机的时序增益控制功能，而只能测量放大倍率最大(相应的灵敏度阈值最低)时，激光接收系统探测概率与接收功率的变化曲线，而不能测量激光测距机在时序增益过程中的探测概率与接收功率的变化曲线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法，包括以下几个步骤：
第一步：测量激光接收系统不同衰减系数下的探测概率，
1-1、将可调衰减器的衰减系数调节设置到最大，保证激光发射系统发出的激光经漫反射靶板散射和衰减器衰减后不能被待测激光测距机的接收系统响应；
1-2、减小可调衰减器的衰减系数，直至待测激光测距机的接收系统可部分响应输出，如待测激光测距机发射N(≥100)次激光，激光接收系统探测响应输出M次，则记此衰减系数下待测激光测距机接收系统的探测概率为(100×M/N)％；
1-3、继续减小可调衰减器的衰减系数，重复1-2环节，得到其它衰减系数下待测激光测距机接收系统的探测概率；直至激光接收系统能够完全探测响应到测试光源发出的光(M＝N)；记有效测量到的探测概率组数为K，每组对应的衰减系数记为α1,α2,α3......αK；
注意：可调衰减器可采用多个定值衰减片组合，也可采用连续可调衰减装置。如采用连续可调衰减装置，则在1-3环节尽量保证探测概率为0至100％之间均匀分布；如采用多个定值衰减片组合方式，则尽量使探测概率接近均匀分布；
第二步：确定出激光回波功率的概率分布曲线f(P)，
2-1、采用激光散射测量仪同步记录第一步中K组有效测量过程中的K×N次激光散射回波的功率数据；采用现代数学分析软件(如MatLAB)确定这K×N个激光散射回波功率数据的概率分布图；
2-2、在确定的概率分布图上取一定数量的特征值，用这些值在数学分析软件(如MatLAB或DataFit)中计算概率密度函数的结构参数，得到概率密度函数的具体表达式，并根据表达式绘制概率分布曲线f(P)；
第三步：采用“一种激光接收系统探测概率曲线测量解算方法”中的解算方法，即可解算得到此距离时对应的激光接收系统探测概率的实际响应曲线g(P|R)；
第四步：改变距离R的大小，重复上述过程，即可得到不同距离(对应不同激光回波时间)的接收系统探测概率的实际响应曲线；直至随着距离R的增大，激光接收系统探测概率的实际响应曲线g(P|R)不再改变，说明此距离对应的时间后，激光测距机的时序增益功能已达到最大值，测试过程结束。
含时序增益功能激光测距机的接收系统探测概率测量系统，由激光测距机、可调衰减器、漫反射靶板、激光散射测量仪组成，在激光测距机的接收系统前放置可调衰减器，在一定距离R处放置超过激光光斑大小的满反射靶板，在待测激光测距机同一位置放置激光散射测量仪。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过测试激光测距机对不同距离上的标准靶板的探测概率，同步监测激光接收系统位置处激光回波的功率密度分布，可有效测量激光测距机在时序增益时间段的探测概率与接收功率的变化曲线，在保证测试准确性的同时，可得到含时序增益功能激光测距机完整的探测概率与接收功率的变化曲线簇；相比较现有要求采用高稳定性激光光源，且仅能检测激光接收系统最大增益情况下的探测概率与接收功率的变化曲线，本方法在保证了测试准确性的同时，得到了不同时序增益情况下探测概率与接收功率的完整变化曲线簇。
附图说明
图1为含时序增益功能激光测距机的接收系统探测概率测量系统的测试系统框图。
图2为含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法中在350m距离上激光接收系统探测概率的测量曲线图。
图3为含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法中在350m距离上测试时激光散射回波所有有效数据的概率分布图。
图4为含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法中在350m距离上不同衰减系数下，激光散射回波的概率分布图。
图5为含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法中在350m距离上激光接收系统探测概率实际响应曲线的傅立叶逆变换直接得到的数据图。
图6为含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法中在350m距离上激光接收系统探测概率的实际响应曲线图。
图7为含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法中激光接收系统在不同距离上探测概率的实际响应曲线簇图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法，包括以下几个步骤；
第一步：测量激光接收系统不同衰减系数下的探测概率，
1-1、将可调衰减器的衰减系数调节设置到最大，保证激光发射系统发出的激光经漫反射靶板散射和衰减器衰减后不能被待测激光测距机的接收系统响应；
1-2、减小可调衰减器的衰减系数，直至待测激光测距机的接收系统可部分响应输出，如待测激光测距机发射N(≥100)次激光，激光接收系统探测响应输出M次，则记此衰减系数下待测激光测距机接收系统的探测概率为(100×M/N)％；
1-3、继续减小可调衰减器的衰减系数，重复1-2环节，得到其它衰减系数下待测激光测距机接收系统的探测概率；直至激光接收系统能够完全探测响应到激光发射系统发出的光(M＝N)；记有效测量到的探测概率组数为K，每组对应的衰减系数记为α1,α2,α3......αK；
注意：可调衰减器可采用多个定值衰减片组合，也可采用连续可调衰减装置；如采用连续可调衰减装置，则在1-3环节尽量保证探测概率为0至100％之间均匀分布；如采用多个定值衰减片组合方式，则尽量使探测概率接近均匀分布；
第二步：确定出激光回波功率的概率分布曲线f(P)，
2-1、采用激光散射测量仪同步记录第一步中K组有效测量过程中的K×N次激光散射回波的功率数据；采用现代数学分析软件(如MatLAB)确定这K×N个激光散射回波功率数据的概率分布图；
2-2、在确定的概率分布图上取一定数量的特征值，用这些值在数学分析软件(如MatLAB或DataFit)中计算概率密度函数的结构参数，得到概率密度函数的具体表达式，并根据表达式绘制概率分布曲线f(P)；
第三步：采用“一种激光接收系统探测概率曲线测量解算方法”中的解算方法，即可解算得到此距离时对应的激光接收系统探测概率的实际响应曲线g(P|R)；
第四步：改变距离R的大小，重复上述过程，即可得到不同距离(对应不同激光回波时间)的接收系统探测概率的实际响应曲线；直至随着距离R的增大，激光接收系统探测概率的实际响应曲线g(P|R)不再改变，说明此距离对应的时间后，激光测距机的时序增益功能已达到最大值，测试过程结束。
“一种激光接收系统探测概率曲线测量解算方法”中的解算方法，其特征在于包括以下步骤：
3-1、第一步中K组有效测量过程中的K×N次激光散射回波的功率的平均值记为
Figure GDA0003630298850000041
则第i组探测概率时对应的激光散射回波平均功率可按照下式计算：
Figure GDA0003630298850000042
则可得到K组激光接收系统探测概率对应的激光散射回波平均功率；
3-2、对3-1环节得到的K组探测概率与激光散射回波平均功率数据进行曲线拟合，即可得到此距离下激光接收系统探测概率的当前测量曲线，记为g’(P)；
3-3、采用现代数学分析软件(如MatLAB)，对激光散射回波功率的概率分布曲线和激光接收系统探测概率的当前测量曲线分别进行傅立叶变换得到
Figure GDA0003630298850000051
和
Figure GDA0003630298850000052
3-4、在这种测量方式下，激光接收系统探测概率的当前测量曲线在数学上等效为实际响应曲线与激光散射回波功率的概率分布曲线的相关；故可按照下式计算，得到探测概率实际响应曲线的傅立叶变换结果：
Figure GDA0003630298850000053
3-5、对3-4环节的计算结果进行傅立叶逆变换，即可得到激光接收系统探测概率的实际响应曲线：
Figure GDA0003630298850000054
如图1所示，含时序增益功能激光测距机的接收系统探测概率测量系统，由激光测距机、可调衰减器、漫反射靶板、激光散射测量仪组成，在激光测距机的接收系统前放置可调衰减器，在一定距离R处放置超过激光光斑大小的满反射靶板，在待测激光测距机同一位置放置激光散射测量仪。
对于某型激光测距机的探测概率响应曲线进行测量，漫反射靶板放置在350m时，不同衰减系数对应的探测概率如表1所示。
表1不同衰减系数对应的探测概率测量值(350m)
衰减系数 10 10.5 10.9 11.1 11.4 11.6 12 12.6 13
探测概率 1.0 1.0 0.95 0.9 0.85 0.5 0.3 0.1 0
在350m距离上，激光接收系统探测概率的测量曲线如图2所示。
在350m距离上，测试过程激光散射回波所有有效数据的概率分布如图3所示。
在350m距离上，不同衰减系数下，激光散射回波的概率分布如图4所示。
在350m距离上，傅立叶逆变换直接得到的数据如图5所示。
对图5进行去噪和曲线拟合，得到350m处，激光接收系统探测概率的实际响应曲线如图6所示。
不同距离处，激光接收系统探测概率的实际响应曲线簇如图7所示。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (2)

1.含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
第一步：测量激光接收系统不同衰减系数下的探测概率，
1-1、将可调衰减器的衰减系数调节设置到最大，保证激光发射系统发出的激光经漫反射靶板散射和衰减器衰减后不能被待测激光测距机的接收系统响应；
1-2、减小可调衰减器的衰减系数，直至待测激光测距机的接收系统可部分响应输出，如待测激光测距机发射N≥100次激光，激光接收系统探测响应输出M次，则记此衰减系数下待测激光测距机接收系统的探测概率为(100×M/N)％；
1-3、继续减小可调衰减器的衰减系数，重复1-2环节，得到其它衰减系数下待测激光测距机接收系统的探测概率；直至激光接收系统能够完全探测响应到激光发射系统发出的光即M＝N；记有效测量到的探测概率组数为K，每组对应的衰减系数记为α1,α2,α3......αK；
注意：可调衰减器可采用多个定值衰减片组合，或者采用连续可调衰减装置；如采用连续可调衰减装置，则在1-3环节尽量保证探测概率为0至100％之间均匀分布；如采用多个定值衰减片组合方式，则尽量使探测概率接近均匀分布；
第二步：确定出激光回波功率的概率分布曲线f(P)，
2-1、采用激光散射测量仪同步记录第一步中K组有效测量过程中的K×N次激光散射回波的功率数据；采用现代数学分析软件MatLAB确定这K×N个激光散射回波功率数据的概率分布图；
2-2、在确定的概率分布图上取一定数量的特征值，用这些值在数学分析软件MatLAB或DataFit中计算概率密度函数的结构参数，得到概率密度函数的具体表达式，并根据表达式绘制概率分布曲线f(P)；
第三步：采用“一种激光接收系统探测概率曲线测量解算方法”中的解算方法，即可解算得到此距离时对应的激光接收系统探测概率的实际响应曲线g(P|R)；其中，一种激光接收系统探测概率曲线测量解算方法中的解算方法，包括以下步骤：
3-1、第一步中K组有效测量过程中的K×N次激光散射回波的功率的平均值记为
Figure DEST_PATH_FDA0003630298840000011
则第i组探测概率时对应的激光散射回波平均功率可按照下式计算：
Figure FDA0003635835890000011
则可得到K组激光接收系统探测概率对应的激光散射回波平均功率；
3-2、对3-1环节得到的K组探测概率与激光散射回波平均功率数据进行曲线拟合，即可得到此距离下激光接收系统探测概率的当前测量曲线，记为g’(P)；
3-3、采用现代数学分析软件MatLAB，对激光散射回波功率的概率分布曲线和激光接收系统探测概率的当前测量曲线分别进行傅立叶变换得到F{f(P)}和F{g’(P)}；
3-4、在这种测量方式下，激光接收系统探测概率的当前测量曲线在数学上等效为实际响应曲线与激光散射回波功率的概率分布曲线的相关；故可按照下式计算，得到探测概率实际响应曲线的傅立叶变换结果：
Figure FDA0003635835890000021
3-5、对3-4环节的计算结果进行傅立叶逆变换，即可得到激光接收系统探测概率的实际响应曲线：
Figure FDA0003635835890000022
第四步：改变距离R的大小，重复上述过程，即可得到不同距离的接收系统探测概率的实际响应曲线；直至随着距离R的增大，激光接收系统探测概率的实际响应曲线g(P|R)不再改变，说明此距离对应的时间后，激光测距机的时序增益功能已达到最大值，测试过程结束。
2.根据权利要求1所述的含时序增益功能激光测距机的探测概率曲线簇测量方法，其特征在于，由激光测距机、可调衰减器、漫反射靶板、激光散射测量仪组成，在激光测距机的接收系统前放置可调衰减器，在一定距离R处放置超过激光光斑大小的满反射靶板，在待测激光测距机同一位置放置激光散射测量仪。
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