CN110673112A - 一种条纹管激光雷达距离选通门控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种条纹管激光雷达距离选通门控制方法，包括：检测激光发射时刻；检测接收到反射光信号时刻；根据激光发射时刻和接收到反射光信号时刻确定往返时间；根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门打开的时间提前量，确定距离选通门的打开时间；根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门关闭的时间延迟量，确定距离选通门的关闭时间。本发明还涉及一种条纹管激光雷达距离选通门控制装置。本发明能够在不确定目标距离的情况下，自动确定距离选通门打开时间和关闭。

Description

一种条纹管激光雷达距离选通门控制方法及装置
技术领域
本发明涉及雷达探测技术领域，具体涉及一种条纹管激光雷达距离选通门控制方法及装置。
背景技术
距离选通条纹管激光雷达在探测领域，尤其是水下探测领域，有得天独厚的优势，其距离分辨率高，且距离选通的机制能够有效降低水体后向散射对测量结果的影响。但是在实际应用中发现，在不确定目标距离的情况下，条纹管激光雷达无法确定距离选通门打开的时间，这就会导致条纹管激光雷达无法接收到目标反射回来的光信号，由于距离选通门打开时间无法确定，间接导致距离选通门关闭时间无法确定，显而易见的，造成距离选通控制方式优良的技术优势无法实现。
基于上述技术问题，申请人在现有技术中寻找解决方案，经大量检索，发现公布号为CN110018495A，名称为一种条纹管成像激光雷达激光发射随机误差测量及补偿系统的发明专利申请，以及公布号为CN102623883A，名称为基于脉冲激光散射光同步的距离选通同步控制装置的发明专利申请；其中，一种条纹管成像激光雷达激光发射随机误差测量及补偿系统的技术方案主要包括：条纹管激光雷达激光发射随机误差测量模块、条纹相机和图像处理端。激光发光投射至目标，条纹管激光雷达激光发射随机误差测量模块将时间差信息传输至图像处理端；条纹相机采集目标反射的激光，输出图像到图像处理端，图像处理端结合时间差和图像进行时间补偿，消除因激光延时抖动带来的测量误差。可见，此现有专利申请并未给出解决上述技术问题的技术方案。基于脉冲激光散射光同步的距离选通同步控制装置的技术方案主要包括：基于脉冲激光散射光同步的距离选通同步控制装置，包括光电转换电路、同步控制信号驱动器、中心控制和数据交换器、复合同步控制信号驱动器、两个可编程延迟器，光电转换电路利用激光脉冲的散射光探测到激光脉冲后输出源触发信号，源触发信号分别触发同步控制信号驱动器和复合同步控制信号驱动器。同步控制信号驱动器输出带有延迟信息和宽度信息的脉冲信号并经过可编程延迟器调整后输出给像增强器；复合同步控制信号驱动器输出带有延迟信息的复合同步信号并经过可编程延迟器调整后输出给摄像机。通过主控机向中心控制和数据交换器发送控制命令和修改配置数据。此方案同步控制摄像机和像增强器，使脉冲激光成像系统具备精确的距离选通成像能力。可见，此现有专利申请亦未给出解决上述技术问题的技术方案。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供一种条纹管激光雷达距离选通门控制方法及装置，在不确定目标距离的情况下，能够自动确定距离选通门打开时间和关闭时间。
为实现上述技术目的，本发明实施例提供一种条纹管激光雷达距离选通门控制方法，包括：检测激光发射时刻t1；检测接收到反射光信号时刻t2；根据激光发射时刻和接收到反射光信号时刻确定往返时间，其中，往返时间ΔT计算公式为：ΔT=t2-t1；根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1+ΔT-t3；根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t1+ΔT+t4。
为实现上述技术目的，本发明实施例还提供一种条纹管激光雷达距离选通门控制装置，包括：检测单元和控制单元；所述检测单元，将检测到的激光发射时刻和接收到反射光信号时刻发送给所述控制单元；所述控制单元，根据激光发射时刻和接收到反射光信号时刻确定往返时间，并根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门打开的时间提前量，确定距离选通门的打开时间，以及根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门关闭的时间延迟量，确定距离选通门的关闭时间。
本发明由于采取以上技术方案，与现有技术相比，其具有以下优点：
本发明通过检测激光发射时刻、接收到反射光信号时刻和预设距离选通门打开的时间提前量，以及预设距离选通门关闭的时间延迟量，即可在不确定目标距离的情况下，确定距离选通门的打开时间和关闭时间，非常方便。
本发明设计结构简单、可靠，操作方便，探测结果准确，可以广泛应用于雷达探测技术领域。
附图说明
图1是本发明的条纹管激光雷达距离选通门控制方法其中一个实施例的探测图像示意图；
图2是本发明的条纹管激光雷达距离选通门控制装置其中一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种条纹管激光雷达距离选通门控制方法，如图1所示，包括以下内容：
检测激光发射时刻t1；
检测接收到反射光信号时刻t2；
根据激光发射时刻和接收到反射光信号时刻确定往返时间，其中，往返时间ΔT计算公式为：ΔT=t2-t1；
根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1+ΔT-t3；
根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t1+ΔT+t4。
通过上述方案，在不确定目标距离的情况下，通过检测激光发射时刻、接收到反射光信号时刻和预设距离选通门打开的时间提前量，以及预设距离选通门关闭的时间延迟量，即可确定距离选通门的打开时间和关闭时间，非常方便，并且，此种控制方法尤其适用于快速、准确探测简单场景，探测的简单场景包括仅单个目标出现在雷达视野中，目标和机载探测器相对静止的场景；
同时，通过将ton和toff的计算公式进行上述设置，而不是采用ton= t2- t3或toff= t2+ΔT+t4等其它计算方式，有效避免了动态变量对计算结果的影响，从而使得ton和toff的计算结果相对稳定。
在一个实施例中，上述条纹管激光雷达距离选通门控制方法，还包括：
根据距离选通门的打开时间和关闭时间确定脉冲宽度，其中，脉冲宽度Δt计算公式为：Δt=toff-ton；
根据脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像；
判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则判定脉冲宽度设置适当；若不符合，根据预设时间调整间隔调整距离选通门打开的时间提前量和/或距离选通门关闭的时间延迟量，以调节至合适的脉冲宽度，进而获取满足要求的图像质量；
举例详细说明：假设脉冲宽度为2μs，预设信噪比为8，判定条件是“否符合预设值”可以是获得图像的信噪比是否大于预设信噪比，预设时间调整间隔为0.01μs；
根据2μs的脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像，目标图像的信噪比为8.5，则显然符合信噪比预设值8，说明图像质量满足要求，也即脉冲宽度设置适当；
根据2μs的脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像，目标图像的信噪比为7，则显然不符合信噪比预设值8，说明图像质量不满足要求，也即脉冲宽度设置不适当，此时，至少有三种脉冲宽度调整方式：第一种，单独调节距离选通门打开的时间提前量；第二种，单独调节距离选通门关闭的时间延迟量；第三种，同时调节距离选通门打开的时间提前量和距离选通门关闭的时间延迟量；
由于三种脉冲宽度调整方式基本相同，为避免赘述，此处，仅以第一种为例进行说明：逐次使得距离选通门打开的时间提前量减少，每次减少0.01μs，获取调整后的脉冲宽度，并根据此调整后的脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像，判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则停止调整，若不符合，则重复上述步骤。
通过上述方案，根据获取目标图像的信噪比自动调整脉冲宽度，以获取满足要求的目标图像，便于后期的观测或使用。
在一个实施例中，上述条纹管激光雷达距离选通门控制方法，还包括：检测探测水域的水体浑浊度，并根据水体浑浊度选择相应的波段的激光，以及与所选波段的激光对应的激光脉冲；
具体实施时，各范围的水体浑浊度、各波段的激光，以及与每一波段的激光对应的脉冲均可以以表格的形式预存；实际探测时，根据检测得出的探测水域的浑浊度选择预存的对应范围的水体浑浊度，根据对应范围的水体浑浊度选择对应的波段的激光，根据对应的波段的激光选择对应的脉冲；
举例说明：假设探测水域的水体浊度为7，选择对应选择6到7.5范围的预存的水体浑浊度，根据此范围的水体浑浊度选择蓝绿波段激光，根据蓝绿波段激光选择30ns的脉冲。
通过以上方案，能够对各种浊度水域进行探测，有效避免激光衰减，不但扩宽的适用范围，而且能有效提高探测结果的准确性、可靠性。
基于上述条纹管激光雷达距离选通门控制方法，本发明实施例还提供一种上述条纹管激光雷达距离选通门控制装置，如图2所示，包括：检测单元1和控制单元2；
检测单元1，将检测到的激光发射时刻和接收到反射光信号时刻发送给控制单元2；
控制单元2，根据激光发射时刻和接收到反射光信号时刻确定往返时间，并根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门打开的时间提前量，确定距离选通门的打开时间，以及根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门关闭的时间延迟量，确定距离选通门的关闭时间。
通过上述方案，在不确定目标3距离的情况下，通过检测单元1检测激光发射时刻、接收到反射光信号时刻，并通过控制单元2根据预设距离选通门打开的时间提前量，以及预设距离选通门关闭的时间延迟量，确定距离选通门的打开时间和关闭时间，非常方便，并且，此种控制方法尤其适用于快速、准确探测简单场景，探测的简单场景包括仅单个目标出现在雷达视野中，目标和机载探测器相对静止的场景。
在一个实施例中，检测单元1包括激光器11、第一光电探测器12和第二光电探测器13；
激光器11根据控制单元2的控制指令发射激光；
第一光电探测器12将检测到的激光发射时刻发送给控制单元2；
第二光电探测器13将检测到的接收到反射光信号时刻发送给控制单元2。
在一个实施例中，第一光电探测器12通过分光镜14检测激光发射时刻，以进一步提高检测结果的准确性，本实施例中，分光镜14设置在激光器11前方。
在一个实施例中，第二光电探测器13通过滤光镜接收到反射光信号，以进行过滤，提高检测结果的准确性，本实施例中，滤光镜可拆卸设置在第二光电探测器13镜头上，以便于根据需要进行拆卸更换。
在一个实施例中，检测单元1还包括水体浑浊度检测单元，水体浑浊度检测单元将检测到的探测水域的水体浑浊度发送给控制单元2，以使得控制单元2根据水体浑浊度控制激光器11的激光波段及脉冲，进而获得良好的探测效果。
在一个实施例中，控制单元2包括往返时间确定模块、打开时间确定模块和关闭时间确定模块；
往返时间确定模块，根据激光发射时刻和接收到反射光信号时刻确定往返时间；
打开时间确定模块，根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门打开的时间提前量，确定距离选通门的打开时间；
关闭时间确定模块，根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门关闭的时间延迟量，确定距离选通门的关闭时间。
在一个实施例中，控制单元2还包括脉冲宽度调整模块，脉冲宽度调整模块，根据距离选通门的打开时间和关闭时间确定脉冲宽度；根据脉冲宽度控制条纹相机4获取目标图像；判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则判定脉冲宽度设置适当；若不符合，根据预设时间调整间隔调整距离选通门打开的时间提前量和/或距离选通门关闭的时间延迟量，以调节至合适的脉冲宽度，进而获取满足要求的图像质量。
通过上述方案，根据获取目标图像的信噪比自动调整脉冲宽度，以获取满足要求的目标图像，便于后期的观测或使用。
在一个实施例中，控制单元2还包括激光器控制模块，激光器控制模块根据探测水域的水体浑浊度选择相应的波段的激光，以及与所选波段的激光对应的脉冲，以控制激光器发射激光。
通过以上方案，能够对各种浊度水域进行探测，有效避免激光衰减，不但扩宽的适用范围，而且能有效提高探测结果的准确性、可靠性。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种条纹管激光雷达距离选通门控制方法，包括以下内容：
检测激光发射时刻t1；
检测接收到反射光信号时刻t2；
根据激光发射时刻和接收到反射光信号时刻确定往返时间，其中，往返时间ΔT计算公式为：ΔT=t2-t1；
根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1+ΔT-t3；
根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t1+ΔT+t4。
2.根据权利要求1所述条纹管激光雷达距离选通门控制方法，其特征在于：所述方法还包括：
根据距离选通门的打开时间和关闭时间确定脉冲宽度，其中，脉冲宽度Δt计算公式为：Δt=toff-ton；
根据脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像；
判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则判定脉冲宽度设置适当；若不符合，根据预设时间调整间隔调整距离选通门打开的时间提前量和/或距离选通门关闭的时间延迟量，以调节至合适的脉冲宽度。
3.根据权利要求1所述条纹管激光雷达距离选通门控制方法，其特征在于：所述方法还包括：检测探测水域的水体浑浊度，并根据水体浑浊度选择相应的波段的激光，以及与所选波段的激光对应的激光脉冲。
4.根据权利要求3所述条纹管激光雷达距离选通门控制方法，其特征在于：各范围的水体浑浊度、各波段的激光，以及与每一波段的激光对应的脉冲均以表格的形式预存。
5.一种基于权利要求1到4任意一项所述条纹管激光雷达距离选通门控制方法的装置，其特征在于：包括检测单元和控制单元；
所述检测单元，将检测到的激光发射时刻和接收到反射光信号时刻发送给所述控制单元；
所述控制单元，根据激光发射时刻和接收到反射光信号时刻确定往返时间，并根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门打开的时间提前量，确定距离选通门的打开时间，以及根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门关闭的时间延迟量，确定距离选通门的关闭时间。
6.根据权利要求5所述装置，所述检测单元包括激光器、第一光电探测器和第二光电探测器；
所述激光器根据所述控制单元的控制指令发射激光；
所述第一光电探测器将检测到的激光发射时刻发送给所述控制单元；
所述第二光电探测器将检测到的接收到反射光信号时刻发送给所述控制单元。
7.根据权利要求6所述装置，所述检测单元还包括水体浑浊度检测单元，所述水体浑浊度检测单元将检测到的探测水域的水体浑浊度发送给所述控制单元，以使得所述控制单元根据水体浑浊度控制所述激光器的激光波段及脉冲。
8.根据权利要求5所述装置，所述控制单元包括往返时间确定模块、打开时间确定模块和关闭时间确定模块；
所述往返时间确定模块，根据激光发射时刻和接收到反射光信号时刻确定往返时间；
所述打开时间确定模块，根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门打开的时间提前量，确定距离选通门的打开时间；
所述关闭时间确定模块，根据激光发射时刻、往返时间和预设的距离选通门关闭的时间延迟量，确定距离选通门的关闭时间。
9.根据权利要求5所述装置，所述控制单元还包括脉冲宽度调整模块，所述脉冲宽度调整模块，根据距离选通门的打开时间和关闭时间确定脉冲宽度；根据脉冲宽度获取目标图像；判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则判定脉冲宽度设置适当；若不符合，根据预设时间调整间隔调整距离选通门打开的时间提前量和/或距离选通门关闭的时间延迟量，以调节至合适的脉冲宽度。
10.根据权利要求7所述装置，所述控制单元还包括激光器控制模块，所述激光器控制模块根据探测水域的水体浑浊度选择相应的波段的激光，以及与所选波段的激光对应的激光脉冲。
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