CN112379381B - 一种激光测距电路 - Google Patents

一种激光测距电路 Download PDF

Info

Publication number
CN112379381B
CN112379381B CN202010901921.0A CN202010901921A CN112379381B CN 112379381 B CN112379381 B CN 112379381B CN 202010901921 A CN202010901921 A CN 202010901921A CN 112379381 B CN112379381 B CN 112379381B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
constant ratio
echo signal
peak value
comparator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010901921.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112379381A (zh
Inventor
周木春
廖俊
朱雯琼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN202010901921.0A priority Critical patent/CN112379381B/zh
Publication of CN112379381A publication Critical patent/CN112379381A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112379381B publication Critical patent/CN112379381B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提出了一种激光测距电路，包括前置放大发射电路、探测器、峰值甄别单元、恒比值甄别单元、计时模块以及计算模块，其中：所述前置放大发射电路用于发射测距脉冲；所述探测器用于接收回波信号；所述峰值甄别单元用于检测回波信号的峰值时刻；所述恒比值甄别单元用于检测回波信号到达恒定比值的时刻；所述计时模块用于测量回波信号的峰值与回波信号到达恒定比值的时间间隔；所述计算模块用于根据时间间隔计算目标物体的距离。本发明采用峰值和恒比值两种测距方法的结合，提高了整个装置的测距系统的稳定性，极大地减少了时刻鉴别误差。

Description

一种激光测距电路
技术领域
本发明属于激光测距技术，具体为一种基于峰值-恒比值时刻鉴别法的脉冲激光测距电路。
背景技术
随着激光的逐渐发展，激光测距技术在地球地貌测绘，城市三维建模，工业测量，激光雷达等领域得到广泛的应用。激光测距的工作原理是激光器发出脉冲激光，激光遇到到障碍物后再返回，返回后的回波信号被探测器接收到，通过测量激光发射和返回时经过的时间，就可以测出到障碍物的距离。
现有的常用的激光测距方法有前沿法，峰值法，恒比值法三种，脉冲激光在测距过程中会产生衰减和展宽，因此导致常用的方法中存在误差。前沿法将回波信号的上升沿与所设定的阈值的相同时刻判定为回波到达时刻，存在衰减和展宽产生的误差；峰值法将回波信号峰值到达时刻判定为回波到达时刻，存在由展宽产生的误差；恒比值法将回波信号上升沿与所设定的比值(如1/2处)相同时刻判断为回波到达时刻，存在展宽产生的误差。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种激光测距电路。
实现本发明的技术解决方案为：一种激光测距电路，包括前置放大发射电路、探测器、峰值甄别单元、恒比值甄别单元、计时模块以及计算模块，其中：
所述前置放大发射电路用于发射测距脉冲；
所述探测器用于接收回波信号；
所述峰值甄别单元用于检测回波信号的峰值时刻；
所述恒比值甄别单元用于检测回波信号到达恒定比值的时刻；
所述计时模块用于测量回波信号的峰值与回波信号到达恒定比值的时间间隔；
所述计算模块用于根据时间间隔计算目标物体的距离。
优选地，所述峰值甄别单元包括微分电路以及与微分电路输出端连接的第一比较器，输入的回波信号经过微分电路，进入第一比较器的正端，第一比较器的负端与地相连，第一比较器输出的信号输入计时模块。
优选地，所述恒比值甄别单元包括延时电路、衰减电路以及第二比较器，输入的回波信号分别与延时电路、衰减电路输入端连接，延时电路采用延时芯片或者RC延迟电路，延时后的信号与第二比较器的负端连接；衰减电路采用电阻分压对输入信号进行衰减，衰减之后的信号与第二比较器的正端连接，第二比较器输出的信号输入计时模块。
优选地，计算模块根据时间间隔计算目标物体的距离的具体公式为：
式中，v为速度，T为回波信号峰值与回波信号到达恒定比值的时间间隔。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明采用峰值甄别与恒比值甄别相结合的方法，达到测量距离的的目的，提高了测量的稳定性和减小了误差，且不需要考虑波形的畸变和噪声的影响，有效的消除了激光脉冲展宽和衰减带来的问题。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为实施例1的总体结构原理框图。
图2为实施例1具体的电路实现原题图。
图3为实施例1发射脉冲与回波脉冲测试的时刻点图。
具体实施方式
一种激光测距电路，包括前置放大发射电路、探测器、峰值甄别单元、恒比值甄别单元、计时模块以及计算模块，其中：
所述前置放大发射电路用于发射测距脉冲；
所述探测器用于接收回波信号；
所述峰值甄别单元用于检测回波信号的峰值时刻；
所述恒比值甄别单元用于检测回波信号到达恒定比值的时刻；
所述计时模块用于测量回波信号的峰值与回波信号到达恒定比值的时间间隔；
所述计算模块用于根据时间间隔计算目标物体的距离。
进一步的实施例中，所述峰值甄别单元包括微分电路以及与微分电路输出端连接的第一比较器，输入的回波信号经过微分电路，进入第一比较器的正端，第一比较器的负端与地相连，第一比较器输出的信号输入计时模块。
进一步的实施例中，所所述恒比值甄别单元包括延时电路、衰减电路以及第二比较器，输入的回波信号分别与延时电路、衰减电路输入端连接，延时电路采用延时芯片或者RC延迟电路，延时后的信号与第二比较器的负端连接；衰减电路采用电阻分压对输入信号进行衰减，衰减之后的信号与第二比较器的正端连接，第二比较器输出的信号输入计时模块。
进一步的实施例中，峰值甄别单元的输出信号与所述恒比值甄别单元的输出信号输入到计时模块进行时间间隔测量，计时模块可以检测到2个波形的上升沿(或下降沿)，通过测量上升沿(或下降沿)的到达时刻，测量回波信号的峰值与回波信号到达恒定比值的时间间隔。
进一步的实施例中，计算模块根据时间间隔计算目标物体的距离的具体公式为：
式中，v为速度，T为回波信号峰值与回波信号到达恒定比值的时间间隔。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种激光测距电路，包括前置放大发射电路、探测器、峰值甄别单元、恒比值甄别单元、计时模块以及计算模块，其中：
前置放大发射电路发射测距脉冲；
探测器接收回波信号；
峰值甄别单元检测回波信号的峰值时刻；
恒比值甄别单元检测回波信号到达恒定比值的时刻；
计时模块测量回波信号的峰值与回波信号到达恒定比值的时间间隔；
计算模块根据时间间隔计算目标物体的距离。
如图2所示，本实施例中，峰值甄别单元是利用微分电路实现的，将单极性的回波信号变为双极性的回波信号。也就是说，原来脉冲回波信号峰值点，就是双极性信号的零点，然后经过峰值甄别电路，就可以判定回波信号的峰值时刻了。本实施例中，峰值甄别单元采用电容C1和电阻R3组成微分电路，比较器U2负端(管脚4)接地，正端(管脚3)接经过RC电路的回波信号，比较器U2的输出信号为输出信号2。
本实施例中，恒比值甄别单元由延时和衰减两部分构成。延时采用延时芯片U3来实现延迟，而衰减信号可以利用两个电阻R1和R2组成的分压电路来实现。比较器U1的正端(管脚3)接延迟后的信号，负端(管脚4)接衰减后的信号。比较器U1的输出信号为输出信号1。恒定比值甄别是不管脉冲回波如何变化，始终在其固定比值处作为回波到达时刻的判定点。
如图3所示，发射脉冲波形的表达式为：
探测器接收到的回波脉冲波形表达式为：
其中，α为回波衰减系数，β为时域展宽系数。
峰值甄别法可以检测出发射脉冲和回波信号峰值到达时刻为G，H，可得式子；
f’0(G)＝f’1(H) (3)
恒比值法可以测出回波信号到达恒定比值(1/2处)的时刻J，在J时刻，可以得到：
f1(J-t1)＝af1(J) (4)
其中，t1为延迟的时间，a为衰减系数。
根据(3)(4)式，得到：
由式(7)可以求出β的表达式，再将β带入式(6)可求出所需的时间T，那么根据就可以求出目标物体的距离。由公式可知，时域展宽系数β可以消掉，最后所求的时间T是一个关于H，J，G,t1,a的式子，H，J，G可由计时芯片直接测出，而t1,a这两个参数都是已知的。
本实施例公开的一种脉冲激光测距电路，解决了回波信号时域展宽和幅值衰减问题，大大提高了测距精度，且不受激光衰减和展宽的影响。

Claims (3)

1.一种激光测距电路，其特征在于，包括前置放大发射电路、探测器、峰值甄别单元、恒比值甄别单元、计时模块以及计算模块，其中：
所述前置放大发射电路用于发射测距脉冲；
所述探测器用于接收回波信号；
所述峰值甄别单元用于检测回波信号的峰值时刻；
所述恒比值甄别单元用于检测回波信号到达恒定比值的时刻；
所述计时模块用于测量回波信号的峰值与回波信号到达恒定比值的时间间隔T；
所述计算模块用于根据时间间隔T计算目标物体的距离，具体公式为：
式中，v为速度，其中，G，H分别为发射脉冲和回波信号峰值到达时刻，β为时域展宽系数，由下式确定：
t1为延迟的时间，a为衰减系数，J为回波信号到达恒定比值的时刻。
2.根据权利要求1所述的激光测距电路，其特征在于，所述峰值甄别单元包括微分电路以及与微分电路输出端连接的第一比较器，输入的回波信号经过微分电路，进入第一比较器的正端，第一比较器的负端与地相连，第一比较器输出的信号输入计时模块。
3.根据权利要求1所述的激光测距电路，其特征在于，所述恒比值甄别单元包括延时电路、衰减电路以及第二比较器，输入的回波信号分别与延时电路、衰减电路输入端连接，延时电路采用延时芯片或者RC延迟电路，延时后的信号与第二比较器的负端连接；衰减电路采用电阻分压对输入信号进行衰减，衰减之后的信号与第二比较器的正端连接，第二比较器输出的信号输入计时模块。
CN202010901921.0A 2020-09-01 2020-09-01 一种激光测距电路 Active CN112379381B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010901921.0A CN112379381B (zh) 2020-09-01 2020-09-01 一种激光测距电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010901921.0A CN112379381B (zh) 2020-09-01 2020-09-01 一种激光测距电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112379381A CN112379381A (zh) 2021-02-19
CN112379381B true CN112379381B (zh) 2023-12-19

Family

ID=74586074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010901921.0A Active CN112379381B (zh) 2020-09-01 2020-09-01 一种激光测距电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112379381B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104251986A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 杭州中科天维科技有限公司 一种全波形数字化检测装置
CN106773615A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 山东航天电子技术研究所 一种基于apd探测器的脉冲星光子定时方法
CN107688185A (zh) * 2017-06-05 2018-02-13 罗印龙 一种激光测距装置及其测距方法
CN109357610A (zh) * 2018-08-30 2019-02-19 南京理工大学 基于stm32的多功能磁致伸缩位移测量仪及测量方法
CN110646804A (zh) * 2019-11-05 2020-01-03 中国电子科技集团公司第四十四研究所 基于双脉冲激光信号的脉冲时刻鉴别电路
WO2020162669A2 (ko) * 2019-02-07 2020-08-13 국민대학교산학협력단 시분해 단일 광자 계수 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104251986A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 杭州中科天维科技有限公司 一种全波形数字化检测装置
CN106773615A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 山东航天电子技术研究所 一种基于apd探测器的脉冲星光子定时方法
CN107688185A (zh) * 2017-06-05 2018-02-13 罗印龙 一种激光测距装置及其测距方法
CN109357610A (zh) * 2018-08-30 2019-02-19 南京理工大学 基于stm32的多功能磁致伸缩位移测量仪及测量方法
WO2020162669A2 (ko) * 2019-02-07 2020-08-13 국민대학교산학협력단 시분해 단일 광자 계수 장치
CN110646804A (zh) * 2019-11-05 2020-01-03 中国电子科技集团公司第四十四研究所 基于双脉冲激光信号的脉冲时刻鉴别电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
激光引信复合时刻鉴别法的漂移误差补偿;查冰婷;王德利;张乐琪;谢克峰;;中国激光;45(10);全文 *
脉冲激光测距中阈值—峰值双通道时刻鉴别方法;吴钰 等;红外与激光工程;第48卷(第6期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112379381A (zh) 2021-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105759279B (zh) 一种基于波形时域匹配的激光测距系统及方法
CN107632298B (zh) 一种应用于脉冲式激光雷达系统的高灵敏度接收电路
JP3976868B2 (ja) 光伝達時間を用いた光センサ
US8018580B2 (en) Laser range finding device and distance measurement method thereof
CN106019300A (zh) 一种激光测距装置及其激光测距方法
CN108333594A (zh) 一种激光脉冲测距装置和方法
CN110261864A (zh) 一种脉冲激光测距系统回波信号处理装置和方法
CN205992055U (zh) 一种激光测距装置
CN106054205A (zh) 一种激光测距装置及其激光测距方法
CN102621540A (zh) 一种脉冲激光测距仪的测距方法
CN109459757A (zh) 一种近距离动态目标脉冲激光测距仪和测量方法
CN207601308U (zh) 一种激光测距装置
CN104849720A (zh) 一种基于相关取样的激光多脉冲测距系统
CN102904551B (zh) 一种恒比定时鉴别电路
CN107843903B (zh) 一种多阀值tdc高精度激光脉冲测距方法
CN106643936B (zh) 超声波测速装置及其测速方法
CN109186693B (zh) 一种自适应超声波的回波信号检测电路
CN106886014A (zh) 脉冲激光雷达的双接收通道
CN106546993A (zh) 一种提高脉冲式激光测距精度的测距装置及测距方法
CN108923860A (zh) 基于过门限修正的盲脉冲信号toa估计方法
CN111157976A (zh) 一种异步高精度可调的激光距离选通信号设计方法
CN102221631B (zh) 一种激光测速仪及激光测速方法
CN112379381B (zh) 一种激光测距电路
CN106908800B (zh) 一种提高脉冲测距精度的方法及脉冲测距设备
CN206740969U (zh) 一种脉冲激光雷达的双接收通道

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant