CN114089357A - 一种光电设备高精度激光测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种光电设备高精度激光测距方法,属于光电设备激光测距技术领域;具体涉及一种利用光电设备的时统同步信号和GPS时间信息实现高精度激光测距的方法。光电设备将收到的GPS时间信息调制为整秒后,产生一个周期的时统同步脉冲信号,并将该时统同步脉冲信号和调制为整秒后的GPS时间信息发送给激光分系统。激光分系统收到时统同步脉冲信号后,对相邻的两个时统同步脉冲信号之间进行计时,根据计时时间和整秒的GPS时间,计算得到激光分系统内部的精确时间。激光分系统进行激光测距时,将激光测距得到的目标距离值和激光脉冲发射时刻进行精确对应并上报给光电设备。该方法可提高光电设备激光测距精度,实现高精度激光测距。
Description
技术领域
本发明属于光电设备激光测距技术领域,具体涉及一种光电设备高精度激光测距方法。
背景技术
目前,随着飞机隐身技术和电磁对抗技术的不断发展,机载相控阵雷达在强电磁干扰的环境下,对隐身目标的探测能力急剧下降。同时,由于相控阵雷达的发射功率非常大,雷达开机工作后,很容易暴露自身的位置,失去作战先机,因此,相控阵雷达的使用受到了较大的限制。而机载光电设备是通过被动地接收目标的红外辐射,实现对目标的探测。根据光电设备的工作原理可知,光电设备比相控阵雷达具有更好的隐蔽性和更强的抗电磁干扰能力,光电设备已经成为了飞机传感器系统的重要组成部分。
机载光电设备对空中弱小目标进行探测并稳定跟踪后,启动激光测距,根据目标的角度信息和激光测距的距离信息,从而确定目标的空间位置,为火控系统进行目标攻击提供支持。目前,光电设备中激光分系统根据发射激光脉冲与目标反射的回波信号之间的时间差来计算目标距离,然后将目标距离通过总线上报给光电设备系统。由于光电设备内的各个分系统均要通过总线与光电设备系统或其它分系统进行通信,因此激光测距距离上报给光电设备系统的传输延时具有随机性,导致光电设备系统无法修正由传输延时引起的距离误差,从而使得激光测距的误差变大,精度降低。
发明内容
要解决的技术问题:
为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种光电设备高精度激光测距方法,光电设备系统将收到的飞机上GPS时间信息调制为整秒后,产生一个周期为1秒的时统同步脉冲信号,并将该时统同步脉冲信号和调制为整秒后的GPS时间信息发送给激光分系统,激光分系统对相邻的两个时统同步脉冲信号之间进行计时,根据计时时间和整秒的GPS时间,计算得到激光分系统内部的精确时间,激光分系统进行激光测距时,将激光测距得到的目标距离值和激光脉冲发射时刻进行精确对应并上报给光电设备系统。
本发明的技术方案是:一种光电设备高精度激光测距方法,其特征在于具体步骤如下:
步骤一:光电设备首次接收到飞机的GPS时间信息后,启动光电设备内部定时器计时,将接收到的GPS时间继续计时到整秒,记此时刻为T,并将GPS时间T通过总线发送给激光分系统;
步骤二:以T时刻为基准,光电设备产生一个时统同步信号,该时统同步信号发送给激光分系统;
步骤三:以T时刻为基准,光电设备内部高精度晶振开始计时,产生一个周期为1秒的时统同步信号,该时统同步信号和GPS时间信息发送给激光分系统;
步骤四:当激光分系统接收到(Tk+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之前,用(Tk+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T(k+1)=Tk+1,k=1,2,3……;当激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之后,并且在接收到(T(k+1)+1)时刻的时统同步信号之前,用(T(k+1)+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
其中,Tk表示产生第(k+1)个时统同步信号的时刻,tJG表示激光分系统内部时钟计时的时间;
步骤五:在步骤一到四的某时刻,激光分系统接收到光电设备测距命令后,激光控制软件通过相应的命令控制激光电源工作,激光电源产生相应频率的驱动信号,驱动激光器辐射激光脉冲;
步骤六:激光器辐射激光脉冲的同时,光取样装置采集激光脉冲返回的部分光信号作为测距起始信号,每发射一个激光脉冲,光取样装置即产生一个测距起始信号,该测距起始信号可以触发产生测距中断,激光控制软件收到测距中断后,读取此时激光分系统内部的精确时间,该精确时间为激光脉冲的发射时刻,将第1个激光脉冲的发射时刻用tS1表示;
步骤七:射向目标的第1个激光脉冲漫反射光沿原路返回,经激光分系统接收天线会聚到光电探测器上,由光电探测器实现将漫反射的光回波信号转换为电回波信号,接收放大电路对电回波信号进行放大处理后提供给激光控制电路,激光控制电路对电回波信号进行数字采样后提供给激光控制软件,激光控制软件对采样后的回波信号进行滤波和目标搜索后,能够计算出第1个激光脉冲发射时对应的目标距离为R1;
步骤八:按照步骤六、七的方法,得出第2、3、……、n个激光脉冲的发射时刻分别为tS2、tS3、……、tSn,第2、3、……、n个激光脉冲发射时对应的目标距离分别为R2、R3、……、Rn;
步骤九:将目标距离值和对应的激光脉冲发射时刻通过总线上报给光电设备系统,从而实现了高精度激光测距。
本发明的进一步技术方案是:所述步骤二中,光电设备的时统同步信号是一个脉冲信号,信号宽度为5us,高电平有效。
本发明的进一步技术方案是:所述步骤四中,激光分系统接收到时统同步信号后,激光分系统内部时钟开始计时,根据激光分系统内部时钟的计时时间和接收到的GPS时间信息,计算得到激光分系统内部的精确时间;具体为:
a)激光分系统接收到T时刻的时统同步信号后,激光分系统内部时钟开始计时,用tJG表示激光分系统内部时钟计时的时间,当激光分系统接收到GPS时间T之后,并且在接收到(T+1)时刻的时统同步信号之前,用(T+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
b)当激光分系统接收到(T+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T1之前,用(T+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T1=T+1;当激光分系统接收到新的GPS时间T1之后,并且在接收到(T1+1)时刻的时统同步信号之前,用(T1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
c)当激光分系统接收到(T1+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T2之前,用(T1+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T2=T1+1;当激光分系统接收到新的GPS时间T2之后,并且在接收到(T2+1)时刻的时统同步信号之前,用(T2+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
d)当激光分系统接收到(Tk+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之前,用(Tk+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T(k+1)=Tk+1,k=1,2,3……;当激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之后,并且在接收到(T(k+1)+1)时刻的时统同步信号之前,用(T(k+1)+tJG)表示激光分系统内部的精确时间。
有益效果
本发明的有益效果在于:本发明的光电设备高精度激光测距方法,光电设备系统根据机上GPS时间信息,产生一个周期为1秒的时统同步脉冲信号并发送给激光分系统,激光分系统对相邻的两个时统同步脉冲信号之间进行计时,根据计时时间和GPS时间,计算得到激光分系统内部的精确时间,激光分系统进行激光测距时,将激光测距得到的目标距离值和激光脉冲发射时刻进行精确对应并上报给光电设备系统,该方法消除了传输延时引起的距离误差,提高了激光测距精度,实现高精度激光测距。
经试验测试,激光测距距离上报给光电设备系统的传输延时为15ms左右,考虑到试飞时双击的相对运动速度为500m/s左右,因此该传输延时引起的测距误差约为500m/s×15ms=7.5m。本发明的光电设备高精度激光测距方法尅消除该传输延时引起的距离误差,激光测距精度可提高约7.5m。
附图说明
图1为光电设备激光分系统激光测距流程图;
图2为激光分系统内部的精确时间图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
参照图1,本发明的实现步骤如下:
(1)光电设备首次接收到飞机的GPS时间信息后,启动光电设备内部定时器计时,将GPS时间调制为整秒,记此时刻为T,并将GPS时间T通过总线发送给激光分系统;
一般情况下,光电设备首次接收到的机上GPS时间不是整秒的,因此需要通过内部定时器计时,将GPS时间调制为整秒,其中,T的单位为秒;
(2)以T时刻为基准,光电设备产生一个时统同步信号,该时统同步信号发送给激光分系统;
时统同步信号是一个脉冲信号,信号宽度为5us,高电平有效;
(3)以T时刻为基准,光电设备内部高精度晶振开始计时,产生一个周期为1秒的时统同步信号,该时统同步信号和GPS时间信息发送给激光分系统;
(4)激光分系统接收到时统同步信号后,激光分系统内部时钟开始计时,根据激光分系统内部时钟的计时时间和接收到的GPS时间信息,计算得到激光分系统内部的精确时间;
4a)激光分系统接收到T时刻的时统同步信号后,激光分系统内部时钟开始计时,用tJG表示激光分系统内部时钟计时的时间,当激光分系统接收到GPS时间T之后,并且在接收到(T+1)时刻的时统同步信号之前,用(T+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
4b)当激光分系统接收到(T+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T1之前,用(T+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T1=T+1;当激光分系统接收到新的GPS时间T1之后,并且在接收到(T1+1)时刻的时统同步信号之前,用(T1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
4c)当激光分系统接收到(T1+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T2之前,用(T1+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T2=T1+1;当激光分系统接收到新的GPS时间T2之后,并且在接收到(T2+1)时刻的时统同步信号之前,用(T2+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
4d)当激光分系统接收到(Tk+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之前,用(Tk+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T(k+1)=Tk+1,k=1,2,3……;当激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之后,并且在接收到(T(k+1)+1)时刻的时统同步信号之前,用(T(k+1)+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
(5)激光分系统接收到光电设备测距命令后,激光控制软件通过相应的命令控制激光电源工作,激光电源产生相应频率的驱动信号,驱动激光器辐射激光脉冲;
(6)激光器辐射激光脉冲的同时,光取样装置采集激光脉冲返回的部分光信号作为测距起始信号,每发射一个激光脉冲,光取样装置即产生一个测距起始信号,该测距起始信号可以触发产生测距中断,激光控制软件收到测距中断后,读取此时激光分系统内部的精确时间,该精确时间为激光脉冲的发射时刻,将第1个激光脉冲的发射时刻用tS1表示;
(7)射向目标的第1个激光脉冲漫反射光沿原路返回,经激光分系统接收天线会聚到光电探测器上,由光电探测器实现将漫反射的光回波信号转换为电回波信号,接收放大电路对电回波信号进行放大处理后提供给激光控制电路,激光控制电路对电回波信号进行数字采样后提供给激光控制软件,激光控制软件对采样后的回波信号进行滤波和目标搜索后,可以计算出第1个激光脉冲发射时对应的目标距离为R1;
(8)按照步骤(6)、(7)的方法,第2、3、……、n个激光脉冲的发射时刻分别为tS2、tS3、……、tSn,第2、3、……、n个激光脉冲发射时对应的目标距离分别为R2、R3、……、Rn;
(9)将目标距离值和对应的激光脉冲发射时刻通过总线上报给光电设备系统,从而实现了高精度激光测距。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.一种光电设备高精度激光测距方法,其特征在于具体步骤如下:
步骤一:光电设备首次接收到飞机的GPS时间信息后,启动光电设备内部定时器计时,将接收到的GPS时间继续计时到整秒,记此时刻为T,并将GPS时间T通过总线发送给激光分系统;
步骤二:以T时刻为基准,光电设备产生一个时统同步信号,该时统同步信号发送给激光分系统;
步骤三:以T时刻为基准,光电设备内部高精度晶振开始计时,产生一个周期为1秒的时统同步信号,该时统同步信号和GPS时间信息发送给激光分系统;
步骤四:当激光分系统接收到(Tk+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之前,用(Tk+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T(k+1)=Tk+1,k=1,2,3……;当激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之后,并且在接收到(T(k+1)+1)时刻的时统同步信号之前,用(T(k+1)+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
其中,Tk表示产生第(k+1)个时统同步信号的时刻,tJG表示激光分系统内部时钟计时的时间;
步骤五:在步骤一到四的某时刻,激光分系统接收到光电设备测距命令后,激光控制软件通过相应的命令控制激光电源工作,激光电源产生相应频率的驱动信号,驱动激光器辐射激光脉冲;
步骤六:激光器辐射激光脉冲的同时,光取样装置采集激光脉冲返回的部分光信号作为测距起始信号,每发射一个激光脉冲,光取样装置即产生一个测距起始信号,该测距起始信号可以触发产生测距中断,激光控制软件收到测距中断后,读取此时激光分系统内部的精确时间,该精确时间为激光脉冲的发射时刻,将第1个激光脉冲的发射时刻用tS1表示;
步骤七:射向目标的第1个激光脉冲漫反射光沿原路返回,经激光分系统接收天线会聚到光电探测器上,由光电探测器实现将漫反射的光回波信号转换为电回波信号,接收放大电路对电回波信号进行放大处理后提供给激光控制电路,激光控制电路对电回波信号进行数字采样后提供给激光控制软件,激光控制软件对采样后的回波信号进行滤波和目标搜索后,能够计算出第1个激光脉冲发射时对应的目标距离为R1;
步骤八:按照步骤六、七的方法,得出第2、3、……、n个激光脉冲的发射时刻分别为tS2、tS3、……、tSn,第2、3、……、n个激光脉冲发射时对应的目标距离分别为R2、R3、……、Rn;
步骤九:将目标距离值和对应的激光脉冲发射时刻通过总线上报给光电设备系统,从而实现了高精度激光测距。
2.根据权利要求1所述光电设备高精度激光测距方法,其特征在于:所述步骤二中,光电设备的时统同步信号是一个脉冲信号,信号宽度为5us,高电平有效。
3.根据权利要求1所述光电设备高精度激光测距方法,其特征在于:所述步骤四中,激光分系统接收到时统同步信号后,激光分系统内部时钟开始计时,根据激光分系统内部时钟的计时时间和接收到的GPS时间信息,计算得到激光分系统内部的精确时间;具体为:
a)激光分系统接收到T时刻的时统同步信号后,激光分系统内部时钟开始计时,用tJG表示激光分系统内部时钟计时的时间,当激光分系统接收到GPS时间T之后,并且在接收到(T+1)时刻的时统同步信号之前,用(T+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
b)当激光分系统接收到(T+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T1之前,用(T+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T1=T+1;当激光分系统接收到新的GPS时间T1之后,并且在接收到(T1+1)时刻的时统同步信号之前,用(T1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
c)当激光分系统接收到(T1+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T2之前,用(T1+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T2=T1+1;当激光分系统接收到新的GPS时间T2之后,并且在接收到(T2+1)时刻的时统同步信号之前,用(T2+tJG)表示激光分系统内部的精确时间;
d)当激光分系统接收到(Tk+1)时刻的时统同步信号时,激光分系统内部时钟记录的时间tJG清零,然后重新开始计时,在激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之前,用(Tk+1+tJG)表示激光分系统内部的精确时间,其中,T(k+1)=Tk+1,k=1,2,3……;当激光分系统接收到新的GPS时间T(k+1)之后,并且在接收到(T(k+1)+1)时刻的时统同步信号之前,用(T(k+1)+tJG)表示激光分系统内部的精确时间。
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