CN110412610A - 一种基于激光光幕的交叉法定位技术 - Google Patents
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Abstract
一种基于激光光幕的交叉法定位技术，包括：构建两道激光光幕，两道光幕一前一后呈夹角设置，在每个光幕的激光射向上，均设置有由若干个光敏芯片线性排列形成的光敏芯片组，激光连续照射在光敏芯片上，光敏芯片连续接收各激光束的光信号；当目标物体穿过第一道光幕时，第一道光幕中的一束激光束补阻断，与该激光束对应的光敏芯片获得第一个阻断信号；当物体继续穿过第二道光幕时，第二道光幕中的一束激光束补阻断，与该激光束对应的光敏芯片获得第二个阻断信号；由于两块光幕的激光束有夹角，因此也就能够得出这两个被阻断激光束的交点，这个交点就是目标物体通过激光光幕的位置。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种基于激光光幕的交叉法定位技术，主要涉及到激光传感器等相关技术领域。
背景技术
现有的激光传感器、激光雷达都是采用集成式设计，由激光发射机、光学接收机等部件组成，其工作原理是向目标发射激光束(探测信号)，然后接收从目标反射回来的激光束(目标回波)，以此来获得探测目标的相关数据。这种工作方式的优点是可以对广阔的三维空间进行探测，探测距离远、空间大，同时其探测精度也非常高。通常激光雷达的角分辨率不低于0.1mard，也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标(这是微波雷达无论如何也办不到的)，距离分辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s以内。
然而，在一些细分场合，比如对小空间内高速运动目标进行定位时，上述0.1m、10m/s的探测精度常常无法满足用户需求，我们需要对非常快速运动的目标进行准确定位，定位精度也要求很高，比如对高速飞行的子弹进行定位。
发明内容
本发明利用激光定位的高精度特性，通过创新设计，实现对高速运动目标进行精准定位。本发明的技术解决方案：构建两道激光光幕，一前一后设置，分别称为第一道光幕、第二道光幕，第二道光幕的安装位置或安装方向与第一道光幕不同，通过安装位置或安装方向的不同，使第二道光幕中激光束的射向与第一道光幕中激光束的射向形成夹角；在每个光幕的激光射向上，均设置有由若干个光敏芯片线性排列形成的光敏芯片组，激光连续照射在光敏芯片上，光敏芯片连续接收各激光束的光信号；当目标物体穿过第一道光幕时，第一道光幕中的一束激光束补阻断，与该激光束对应的光敏芯片获得第一个阻断信号；当物体继续穿过第二道光幕时，第二道光幕中的一束激光束补阻断，与该激光束对应的光敏芯片获得第二个阻断信号；由于两块光幕的激光束有夹角，因此，第一道光幕的每一束激光束与第二道光幕的每一束激光束在垂直于光幕的正位方向上均存在一个唯一的空间交点；通过第一个阻断信号和第二个阻断信号即可知道前后两个被阻断激光束的位置，因此也就能够得出这两个被阻断激光束的交点，这个交点就是目标物体通过激光光幕的位置。所述的激光光幕由若干个激光器线性排列获得，激光器发射激光束，若干个激光器线性排列获得若干个线性排列的激光束，若干个线性排列的激光束组合为一个光幕。所述的激光光幕由激光器发射扇形面激光获得。
附图说明
附图1是本发明实施例之一的前视图。
附图2是本发明实施例之一的左视图。
附图3是本发明实施例之一的顶视图。
附图4是本发明实施例之一的立体图。
附图5是本发明实施例之二的前视图。
附图6是本发明实施例之二的左视图。
附图7是本发明实施例之二的顶视图。
附图8是本发明实施例之二的立体图。
附图9是本发明实施例之三的立体图。
附图10是本发明实施例之三的分解图。
图中，1是激光器、2是激光束、3是光敏芯片、4是光幕、5是目标物体。
具体实施方式
对照附图1、2、3、4，它们分别是本发明实施例之一的前视图、左视图、顶视图和立体图。图中，激光器1发射激光束2，若干个激光器1线性排列获得若干个线性排列的激光束2，若干个线性排列的激光束2组合为一个光幕4，所述的光幕4有两道，一前一后设置，分别称为第一道光幕、第二道光幕，第二道光幕的安装位置或安装方向与第一道光幕不同，通过安装位置或安装方向的不同，使第二道光幕中激光束的射向与第一道光幕中激光束的射向形成夹角；在每个光幕的激光射向上，均设置有由若干个光敏芯片3线性排列形成的光敏芯片组，激光连续照射在光敏芯片3上，光敏芯片3连续接收各激光束的光信号；当目标物体5穿过第一道光幕4时，第一道光幕4中的一束激光束补阻断，与该激光束对应的光敏芯片获得第一个阻断信号；当物体继续穿过第二道光幕4时，第二道光幕4中的一束激光束补阻断，与该激光束对应的光敏芯片获得第二个阻断信号；由于两块光幕的激光束有夹角，因此，第一道光幕的每一束激光束与第二道光幕的每一束激光束在垂直于光幕的正位方向上均存在一个唯一的空间交点；通过第一个阻断信号和第二个阻断信号即可知道前后两个被阻断激光束的位置，因此也就能够得出这两个被阻断激光束的交点，这个交点就是目标物体通过激光光幕的位置。
上述实施例中的激光器1发射的是单束激光束2，因此，光幕4是由若干个激光器1线性排列获得的。由此可知，该实施例对目标物体5的定位精度，取决于激光束的密度。为了获得比较高的定位精度，就需要有足够密度的激光束，也就是说需要有足够多、排列足够紧密的激光器，显然，这样的方案的造价会非常高，因为激光器的价格比较高，而该方案需要激光器的数量会非常多。
因此，本发明实施例之一的主要目的是用来阐述本发明所述的激光光幕的交叉法定位的技术原理，在具体实施中，有以下解决方案：
已知现有的一种激光器可以发射扇形面激光，显然，一个扇形面激光就具备了光幕的全面特征，也就是说，只需要有两个发射扇形面激光的激光器即可完成交叉法定位。因为扇形面激光可以看作是从激光器发射出的若干束激光束组成，当目标物体从扇形面激光内部穿过时，就会有相应的激光束被阻断，由此我们即可获得目标物体的方向，当目标物体从两个扇形面激光穿过时，就可以获得两个方向值，这两个方向值的交点即为目标物体通过扇形面激光的位置。
对照附图5、6、7、8，它们分别是本发明实施例之二的前视图、左视图、顶视图和立体图。图中，激光器1发射扇形面激光(图中的扇形面激光的扇形夹角为60度)，形成光幕4，激光器共有两个，一前一后设置，对照附图可知，前面的激光器1和后面的激光器1安装位置不同，所发射的扇形面激光射向各自的光敏芯片组，光敏芯片组也呈一前一后并列设置，由此，我们从前视图可知，两个光幕4在正位方向(前视方向)重叠的中间等腰三角形区域即为有效的定位区域，该实施例可对从这个等腰三角形区域内的目标物体实施准确定位。
对照附图9、10，图9是本发明实施例之三的立体图，图10是本发明实施例之三的分解图。所述的分解图10，是为了更好地方便看清楚结构，而将第一道光幕和第二道光幕的距离拉远而形成的分解图。该实施例中，设计采用了可以发射成90度角的扇形面激光，两个成90度角的扇形面激光分别构成了第一道光幕和第二道光幕。在每个光幕的激光射向上，均设置了两排光敏芯片组，两排光敏芯片组也成90度夹角，从而与90角的光幕组成长方形定位区域，当目标物体5穿过第一道光幕4时，第一道光幕4中的一部分激光束补阻断，与这些激光束对应的一部分光敏芯片获得第一个阻断信号；当物体继续穿过第二道光幕4时，第二道光幕4中的一部分激光束补阻断，与这些激光束对应的一部分光敏芯片获得第二个阻断信号；此时，我们只需要计算出被阻断信号的这部分光敏芯片的中点，这个中点与发射器之间的连线，即是过目标物体5中心的方向线，通过前后两个过目标物体5中心的方向线的交点，即可准确确定出目标物体通过光幕的位置。
在本发明实施例之二中，扇形面激光的夹角采用了60度夹角，在本发明实施例之三中，扇形面激光的夹角采用了90度夹角，本发明所述的扇形面激光的夹角并不仅限于上述角度，但是，从实用性角度上考虑，本发明所述的扇形面激光的夹角既不宜过小，也不宜过大，过小会导致激光器的数量需求增多，过大会造成冗余和浪费，并使得激光器的加工成本和技术要求显著上升，因此，设本发明所述的扇形面激光的夹角最好应在30度和90度之间，即扇形面激光的夹角应大于等于30度、小于等于90度。
Claims (4)
1.一种基于激光光幕的交叉法定位技术，其特征是：构建两道激光光幕(4)，一前一后设置，分别称为第一道光幕(4)、第二道光幕(4)，第二道光幕(4)的安装位置或安装方向与第一道光幕(4)不同，通过安装位置或安装方向的不同，使第二道光幕(4)中激光束(2)的射向与第一道光幕(4)中激光束(2)的射向形成夹角；在每个光幕(4)的激光射向上，均设置有由若干个光敏芯片(3)线性排列形成的光敏芯片组，激光连续照射在光敏芯片(3)上，光敏芯片(3)连续接收各激光束(2)的光信号；当目标物体(5)穿过第一道光幕(4)时，第一道光幕(4)中的一束激光束(2)补阻断，与该激光束(2)对应的光敏芯片(3)获得第一个阻断信号；当物体继续穿过第二道光幕(4)时，第二道光幕(4)中的一束激光束(2)补阻断，与该激光束(2)对应的光敏芯片(3)获得第二个阻断信号；通过第一个阻断信号和第二个阻断信号计算出被阻断激光束(2)的交点，这个交点就是目标物体(5)通过激光光幕(4)的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光光幕的交叉法定位技术，其特征是：所述的激光光幕(4)由若干个激光器(1)线性排列获得，激光器(1)发射激光束(2)，若干个激光器(1)线性排列获得若干个线性排列的激光束(2)，若干个线性排列的激光束(2)组合为一个光幕(4)。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光光幕的交叉法定位技术，其特征是：所述的激光光幕(4)由激光器(1)发射扇形面激光获得。
4.根据权利要求3所述的一种基于激光光幕的交叉法定位技术，其特征是：所述的扇形面激光的夹角大于等于30度、小于等于90度。
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