CN110967682B - 一种多脉冲激光测距电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多脉冲激光测距电路，包括：主波电路、回波电路和信号处理电路；主波电路与信号处理电路连接，用于将主波信号发送至信号处理电路进行信号处理；回波电路与主波电路和信号处理电路连接，用于将接收到的回波信号和由主波电路发送的主波信号发送至信号处理电路进行信号处理。由此可见，本发明保证了激光出光时间与接收到回光时间的时间间隔的准确性，大大提高了激光测距的测量精度。此外，本发明所提供的一种多脉冲激光测距方法与上述方法对应。

Description

一种多脉冲激光测距电路和方法

技术领域

本发明涉及激光探测技术领域，特别是涉及一种多脉冲激光测距电路和方法。

背景技术

随着激光探测技术的迅猛发展和进步，远程激光测距技术也得到了广泛应用，如今远程激光测距仪已经在军事、航天、工业等领域发挥着不可替换的作用。激光脉冲测距主要是通过计算激光出光时间与接收到回光时间的时间间隔来获得目标距离。多脉冲测距是通过发射多次脉冲激光作为主波信号，将接收到的多个回波信号进行对齐后并累加，累加结果求平均值降低噪声强度。

图1为现有技术中多脉冲激光测距电路的结构图；如图1所示，现有技术中接收主波信号和回波信号通过了两条不同路径，分别通过接收到主波信号的时间作为出光时间，将接收到回波信号的时间作为回光时间，根据二者的时间间隔计算出目标距离。

但是，现有技术中使主波信号和回波信号通过了不同的模拟通道进入数字处理电路，由于信号在不同电路中的传输时间不一致，因此接收到的主波信号和回波信号将产生较大的相对时刻抖动，导致激光出光时间和接收到的回光时间测量出现较大偏差，增加了回波信号的叠加难度；并且由于出光时间和回光时间的不准确，导致目标距离的测量精度产生较大误差，远距离精度测量结果较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种多脉冲激光测距电路和方法，能够保证回波信号和主波信号具有相同的传输时间，从而保证激光出光时间与接收到回光时间的时间间隔的准确性，为后续的回波信号处理操作提供便利，大大提高了激光测距的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多脉冲激光测距电路，包括：主波电路、回波电路和信号处理电路；

所述主波电路与所述信号处理电路连接，用于将主波信号发送至所述信号处理电路进行信号处理；所述回波电路与所述主波电路和所述信号处理电路连接，用于将接收到的回波信号和由所述主波电路发送的主波信号发送至所述信号处理电路进行信号处理。

优选地，所述回波电路包括回波探测器、回波放大电路、单端转差分电路和回波采集电路，还包括：用于对所述回波放大电路输出的放大信号进行限幅的限幅运算电路；所述限幅运算电路的输入端与所述回波放大电路连接，所述限幅运算电路的输出端与所述单端差分电路连接。

优选地，所述限幅运算电路具体包括：第一运算放大器和第二运算放大器。

优选地，所述回波探测器具体为雪崩光电二极管。

优选地，所述主波电路包括主波探测器、主波采集电路和比较器电路，所述主波采集电路与所述限幅运算电路连接，用于将所述主波信号发送至所述回波电路。

优选地，所述主波探测器具体为光电二极管。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种多脉冲激光测距方法，应用于上述任一项所述的多脉冲激光测距电路，包括：

接收来自回波电路的多组由主波信号和回波信号组成的脉冲数据；

确定基准脉冲和剩余脉冲；

确定所述剩余脉冲中与所述基准脉冲匹配的目标脉冲；将所述目标脉冲与所述基准脉冲进行对齐操作，并计算与目标物之间的距离。

优选地，所述确定所述剩余脉冲中与所述基准脉冲匹配的目标脉冲，具体包括：

计算所述基准脉冲与所述剩余脉冲的相关系数；

确定在所述剩余脉冲中与所述基准脉冲的相关系数最大的脉冲部分作为目标脉冲。

本发明所提供的一种多脉冲激光测距电路，包括主波电路、回波电路和信号处理电路，主波电路与信号处理电路连接，用于将主波信号发送至信号处理电路进行信号处理；回波电路与主波电路和信号处理电路连接，用于将接收到的回波信号和由主波电路发送的主波信号发送至信号处理电路进行信号处理。使主波电路接收到的主波信号通过回波电路传输到信号处理电路，从而为主波电路和回波电路提供了统一的传输电路，保证了主波信号和回波信号在传输过程中具有统一的抖动特性，也就是具有相同的传输时间。由此可见，本发明能够保证回波信号和主波信号具有相同的传输时间，从而保证了激光出光时间与接收到回光时间的时间间隔的准确性，为后续的回波信号处理操作提供了便利，大大提高了激光测距的测量精度。

此外，本发明所提供的一种多脉冲激光测距方法与上述电路对应，具有同样的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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为现有技术中多脉冲激光测距电路的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种多脉冲激光测距电路的结构图；

图3为本发明实施例提供的另一种多脉冲激光测距电路的结构图；

图4为本发明实施例提供的一种多脉冲激光测距方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种主波信号和回波信号组成的脉冲的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种多脉冲激光测距电路和方法，能够保证回波信号和主波信号具有相同的传输时间，从而保证激光出光时间与接收到回光时间的时间间隔的准确性，为后续的回波信号处理操作提供便利，大大提高了激光测距的测量精度。

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。

图2为本发明实施例提供的一种多脉冲激光测距电路的结构图；如图2所示，本发明实施例提供的一种多脉冲激光测距电路，包括：主波电路1、回波电路3和信号处理电路2；

主波电路1与信号处理电路2连接，用于将主波信号发送至信号处理电路2进行信号处理；回波电路3与主波电路1和信号处理电路2连接，用于将接收到的回波信号和由主波电路1发送的主波信号发送至信号处理电路2进行信号处理。在一个实施例中，信号处理电路具体为由FPGA器件构成的电路。

图3为本发明实施例提供的另一种多脉冲激光测距电路的结构图；如图3所示，本发明实施例提供的主波电路1包括主波探测器101、主波采集电路102和比较器电路103。

在具体实施中，主波探测器101用于探测发送的主波光信号，具体为光电二极管。具体地，主波电路1中主波探测器101接收发射出的主波光信号，并将主波光信号转换为主波电流信号发送至主波采集电路102；主波采集电路102将接收到的主波电流信号转换为主波电压信号并发送至比较器电路103；通过比较器电路103将主波电压信号转换为TTL信号发送至信号处理电路2以进行信号处理，信号处理电路2根据接收到的TTL信号的时刻，确定回波采集电路开始工作的时刻。

在一个实施例中，主波采集电路102与回波电路3连接以实现将主波信号发送至回波电路3。可以理解地是，本发明实施例提出的主波信号用于表示由主波产生的信号，主波采集电路102与回波电路3连接用于发送主波信号，则可说明此时发送的为主波电压信号。主波采集电路102将经转换后的主波电压信号发送至回波电路3，从而主波信号和回波信号均通过回波电路3传输至信号处理电路2。信号处理电路2根据接收到的回波信号的时刻，确定回波电路结束工作的时刻。

本发明所提供的一种多脉冲激光测距电路，包括主波电路、回波电路和信号处理电路，主波电路与信号处理电路连接，用于将主波信号发送至信号处理电路进行信号处理；回波电路与主波电路和信号处理电路连接，用于将接收到的回波信号和由主波电路发送的主波信号发送至信号处理电路进行信号处理。使主波电路接收到的主波信号通过回波电路传输到信号处理电路，从而为主波电路和回波电路提供了统一的传输电路，保证了主波信号和回波信号在传输过程中具有统一的抖动特性，也就是具有相同的传输时间。由此可见，本发明能够保证回波信号和主波信号具有相同的传输时间，从而保证了激光出光时间与接收到回光时间的时间间隔的准确性，为后续的回波信号处理操作提供了便利，大大提高了激光测距的测量精度。

在一个实施例中，本发明实施例提供的多脉冲激光测距电路中回波电路3包括回波探测器301、回波放大电路302、单端转差分电路304和回波采集电路305，还包括：用于对回波放大电路302输出的放大信号进行限幅的限幅运算电路303；限幅运算电路303的输入端与回波放大电路305连接，限幅运算电路303的输出端与单端差分电路304连接。

在具体实施中，本发明实施例提供的回波探测器301具体为雪崩光电二极管。如图3所示，回波探测器301用于接收遇到目标物返回的回波光信号并将回波光信号转换为回波电压信号，回波放大器302与回波探测器301连接用于对较弱的回波电压信号进行放大。限幅运算电路303的输入端与回波放大电路302连接，用于对回波放大电路302输出的放大信号进行限幅，以便确保传输的回波信号在回波采集电路305的采集量程范围内；限幅运算电路303将限幅后的回波信号传输给单端转差分电路304，使其按照差分信号的方式进行传输，从而减小传输过程中的信号干扰。回波采集电路305对回波信号和由主波电路1发送来的主波信号进行采集，并将采集到的信号发送至信号处理电路2。

本发明实施例提供的多脉冲激光测距电路中限幅运算电路303具体包括：第一运算放大器和第二运算放大器；在具体实施中，提供直流电平REF与回波信号相叠加输入至第一运算放大器中；当达到运算放大器的输出饱和值时，则向第二运算放大器的同相输入端输入的信号幅度为输出饱和值；通过第二运算放大器后，第二运算放大器的输出信号的幅度为输出饱和值减去直流电平REF，输出信号的幅度变化与回波信号的幅度变化保持一致。因此，可以通过调整提供的直流电平的大小，确保输出信号的变化范围在回波采集电路的采集量程范围内。

本发明实施例通过提供的用于对回波放大电路输出的放大信号进行限幅的限幅运算电路，确保回波采集器采集的信号在采集量程范围内，无需通过获取第一次回波信息再调整放大器的运放增益，提高了操作的便利性和可靠性。

图4为本发明实施例提供的一种多脉冲激光测距方法的流程图；如图4所示，本发明实施例提供的一种多脉冲激光测距方法，应用于上述的多脉冲激光测距电路，包括步骤S101-步骤S103：

步骤S101：接收来自回波电路的多组由主波信号和回波信号组成的脉冲数据；

步骤S102：确定基准脉冲和剩余脉冲；

步骤S103：确定剩余脉冲中与基准脉冲匹配的目标脉冲；将目标脉冲与基准脉冲进行对齐操作，并计算与目标物之间的距离。

在具体实施中，接收来自回波电路的多组由主波信号和回波信号组成的脉冲数据。图5为本发明实施例提供的一种主波信号和回波信号组成的脉冲的示意图；如图5所示，从接收到的多组脉冲中确定出一组作为基准脉冲；在一个实施例中，将回波电路开始工作后第一次接收到的主波信号和回波信号组成的脉冲作为基准脉冲，其他脉冲作为剩余脉冲。确定剩余脉冲中与基准脉冲匹配的目标脉冲；将目标脉冲与基准脉冲进行对齐操作。需要说明的是，剩余脉冲中可包含有多组目标脉冲。然后，根据现有技术，对采集到的目标脉冲和基准脉冲完成对齐操作后进行叠加，以减少信号误差，从而更准确的确定出光时间和回光时间，根据二者的时间间隔计算出与目标之间的距离。

在一个实施例中，本发明实施例提供的多脉冲激光测距方法中，确定剩余脉冲中与基准特征点匹配的特征点具体包括：

计算基准脉冲与剩余脉冲的相关系数；

确定在剩余脉冲中与基准脉冲的相关系数最大的脉冲部分作为目标脉冲。

具体地，在剩余脉冲中选取与基准脉冲具有相同长度的脉冲部分，计算该脉冲部分与基准脉冲的相关系数。相关系数计算公式如下：

其中，X为基准脉冲，Y为剩余脉冲中选取的脉冲部分；Cov(X，Y)为X和Y之间的协方差；Var[Y]：剩余脉冲中选取的脉冲部分的方差；Var[X]：基准脉冲的方差若|p|＝0，称X和Y不相关；若0<|p|<1，则称X和Y相关，若|p|＝1，则X和Y完全相关。

将剩余脉冲中与基准脉冲的相关系数最大的脉冲部分作为目标脉冲，确定剩余脉冲中与基准脉冲匹配的目标脉冲；将目标脉冲与基准脉冲进行对齐操作，并计算与目标物之间的距离。

本发明所提供的一种多脉冲激光测距方法，通过接收来自回波电路的多组由主波信号和回波信号组成的脉冲；确定基准脉冲和剩余脉冲；确定剩余脉冲中与基准脉冲匹配的目标脉冲；将目标脉冲与基准脉冲进行对齐操作，并计算与目标物之间的距离。由此可见，由于接收到的主波信号和回波信号均为回波电路传输，从而保证了激光出光时间与接收到回光时间的时间间隔的准确性，确保了剩余脉冲与基准脉冲的对齐操作的准确度，大大提高了激光测距的测量精度。

最后，本发明还提供一种计算机可读存储介质对应的实施例。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中记载的步骤。

可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本发明所提供的一种脉冲激光测距电路和方法进行了详细介绍。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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。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 (6)

1.一种多脉冲激光测距电路，其特征在于，包括：主波电路、回波电路和信号处理电路；

所述主波电路与所述信号处理电路连接，用于将主波信号发送至所述信号处理电路进行信号处理；所述回波电路与所述主波电路和所述信号处理电路连接，用于将接收到的回波信号和由所述主波电路发送的主波信号发送至所述信号处理电路进行信号处理；

所述回波电路包括回波探测器、回波放大电路、单端转差分电路和回波采集电路，还包括：用于对所述回波放大电路输出的放大信号进行限幅的限幅运算电路；所述限幅运算电路的输入端与所述回波放大电路连接，所述限幅运算电路的输出端与所述单端转差分电路连接；

所述主波电路包括主波探测器、主波采集电路和比较器电路，所述主波采集电路与所述限幅运算电路连接，用于将所述主波信号发送至所述回波电路。

2.根据权利要求1所述的多脉冲激光测距电路，其特征在于，所述限幅运算电路具体包括：第一运算放大器和第二运算放大器。

3.根据权利要求2所述的多脉冲激光测距电路，其特征在于，所述回波探测器具体为雪崩光电二极管。

4.根据权利要求1所述的多脉冲激光测距电路，其特征在于，所述主波探测器具体为光电二极管。

5.一种多脉冲激光测距方法，其特征在于，应用于权利要求1至4任一项所述的多脉冲激光测距电路，包括：

接收来自回波电路的多组由主波信号和回波信号组成的脉冲数据；

确定基准脉冲和剩余脉冲；

确定所述剩余脉冲中与所述基准脉冲匹配的目标脉冲；将所述目标脉冲与所述基准脉冲进行对齐操作，并计算与目标物之间的距离。

6.根据权利要求5所述的多脉冲激光测距方法，其特征在于，所述确定所述剩余脉冲中与所述基准脉冲匹配的目标脉冲，具体包括：

计算所述基准脉冲与所述剩余脉冲的相关系数；

确定在所述剩余脉冲中与所述基准脉冲的相关系数最大的脉冲部分作为目标脉冲。

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