CN116256767A - 一种激光雷达飞行时间测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雷达飞行时间测量方法及系统，分别将脉冲触发信号和回波信号与设定的阈值进行比较，基于比较结果进行计算，然后分别对起始时刻进行确定和对结束时刻进行标定，提高了起始时刻和结束时刻获取的精准度，同时本发明考虑了激光飞行中的误差因素，引入了补偿量，基于此获取最终的计时，本发明公开的方法克服了系统消除起止时刻信号之间互相重叠干扰的可能，也克服了脉冲信号在发射过程中的延时补偿因素，提高激光计时的精准性，同时简化光路节省成本。

Description

一种激光雷达飞行时间测量方法及系统
技术领域
本发明属于激光飞行计时技术领域，涉及一种激光雷达飞行时间测量方法及系统。
背景技术
用于海洋探测、森林资源监测、地形测绘、机器人以及无人机等领域，更是成为自动驾驶中不可缺少的传感器之一。
激光雷达通过计算发射光的起始时刻(以下简称“起始时刻”)与接收到回波散射光时刻(以下简称“结束时刻”)之间的光飞行时间差，来实现测距功能，被测距离＝时间差×光速/2。在当前激光雷达测距系统中，首先主控单元发出激光发射脉冲触发信号给激光驱动单元，驱动单元驱动激光器发射激光脉冲，经目标物反射，回波信号被雪崩光电二极管探测器(Avalanche Photo Diode，APD)接收，将接收到的回波光信号转为电信号，后经放大等处理，获取激光从发射到接收的飞行时间，实现测距功能。
目前，已有的起始时刻确定方法为发射光在激光雷达内部返回到探测器后开始计时。结构上有两种形式：一是发射光通过反射镜进入到一个单管探测器，光路结构复杂，成本高，系统结构如图1所示。二是发射光通过反射镜进入到回波探测器，发射光和回波共用一个探测器，虽然节省了一个探测器，但是发射光与回波有重叠干扰的可能，可能会使计时系统失效，或者获取的计时结果不精准，系统结构如图2所示。
因此有必要消除发射光与回波的重叠干扰，同时对现有计时方法进行优化，为高适应度、低成本、便捷式激光雷达开拓应用场景。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中计时方法射光与回波有重叠干扰的可能，导致计时失效，存在计时误差的问题，提供一种激光雷达飞行时间测量方法及系统。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种激光雷达飞行时间测量方法，包括以下步骤：
S1：获取包含起始时刻信息的脉冲信号，并设定起始时刻的阈值，将获取的该脉冲信号转化为数字量，将数字量与阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的起始时刻；
S2：获取包含结束时刻信息的回波信号，并设定结束时刻阈值，将获取的回波信号转化为电压信号数字量，将电压信号数字量与结束时刻阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的结束时刻；
S3：测量同一距离下激光飞行的理论计时，并测量同一距离下触发信号的起始时刻和回波信号的结束时刻，将回波信号的结束时刻依次减掉触发信号下的起始时刻和激光飞行的理论计时获取误差补偿时间；
S4：将步骤S2获取的激光飞行的结束时刻依次减掉激光飞行的起始时刻和误差补偿时间，获取飞行时间。
所述步骤S1包括以下步骤：
基于起始脉冲信号和起始时刻的阈值，获取首次超过阈值的发射脉冲数字量a以及数字量a的前一个采样序列点上的发射脉冲数字量b，基于脉冲数字量a与数字量b计算激光飞行的起始时刻。
通过公式(1)计算激光飞行的起始时刻：
Figure BDA0004208897060000021
其中，Ath表示起始脉冲阈值；Ath-1表示起始脉冲阈值减1，Ath+1表示起始脉冲阈值加1；Tth表示起始脉冲阈值时刻；Tth-1表示起始脉冲阈值减1时刻；Tth+1表示起始脉冲阈值加1时刻。
所述步骤S2包括以下步骤：
基于回波信号和结束时刻的阈值，获取回波信号中首次超过阈值的发射电脉冲数字量a以及数字量a的前一个采样序列点上的发射电脉冲数字量b，在数字量a与数字量b之间进行插值计算，获取激光飞行的结束时刻。
通过公式(2)计算激光飞行的结束时刻：
Figure BDA0004208897060000031
其中，Ten表示回波脉冲阈值时刻；Ten-1表示回波脉冲阈值减1时刻；Ten+1表示回波脉冲阈值加1时刻；n表示从Ten-1时刻开始，第n个插值时刻的回波副值第一次超过回波阈值。
所述步骤S3中，计算回波信号对应的结束时刻包括以下步骤：
在同一高反射率测试目标板的同一探测距离下，通过对激光驱动电压的调节进而改变激光发射功率，模拟目标物反射率的变化，得到各个回波脉宽对应的结束时刻。
一种激光雷达飞行时间测量方法，所述步骤S3中，补偿时刻的计算还包括以下步骤：
分别计算理论计时与不同激光发射功率情况下的计时的差值，记录不同回波脉宽分别对应的补偿值，并建立回波脉宽对应的补偿值与回波脉宽变化的曲线图。
一种激光雷达飞行时间测量系统，包括起始时刻获取模块、结束时刻获取模块、补偿时间计算模块和飞行计时计算模块；
起始时刻获取模块，用于获取起始时刻脉冲信号，并设定起始时刻的阈值，将获取的起始时刻脉冲信号转化为数字量，将数字量与阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的起始时刻；
结束时刻获取模块，用于获取回波信号，并设定结束时刻阈值，将获取的回波信号转化为电压信号数字量，将电压信号数字量结束时刻阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的结束时刻；
补偿时间计算模块，用于测量同一距离下激光飞行的理论计时，并测量同一距离下触发信号的起始时刻和回波信号的结束时刻，将回波信号的结束时刻依次减掉触发信号下的起始时刻和激光飞行的理论计时获取误差补偿时间；
飞行计时计算模块，用于将补偿时间计算模块获取的激光飞行的结束时刻依次减掉激光飞行的起始时刻和误差补偿时间，获取飞行时间。
一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时本发明任一项所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种激光雷达飞行时间测量方法，分别将起始时刻的脉冲信号和回波信号与设定的阈值进行比较，基于比较结果进行计算，然后分别对起始时刻进行确定和对结束时刻进行标定，提高了起始时刻和结束时刻获取的精准度，同时本发明考虑了激光飞行中的误差因素，引入计算了补偿时间，基于此获取最终的计时，本发明公开的方法克服了系统消除起止时刻信号之间互相重叠干扰的可能，也克服了脉冲信号在发射过程中的延时补偿因素，提高激光计时的精准性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为现有技术的第一种计时系统；
图2为现有技术的第二种计时系统；
图3为本发明公开的计时装置图；
图4为本发明公开的起始脉冲插值法原理图；
图5为本发明公开的测距计时示意图；
图6为本发明公开的测距计时时域图；
图7为本发明公开的起始时刻确定流程原理图；
图8为本发明公开的目标物反射率不同引起的误差标定方法流程图；
图9为本发明公开的实施例一示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图3至图9，本发明实施例公开了一种激光雷达飞行时间测量方法，参见图3，结合本发明实施例公开的计时装置，本发明公开的计时方法包括以下步骤：
步骤1：起始时刻确定过程：
主控单元产生发射脉冲触发信号，该信号由模数转换器(ADC)转化成数字量，该数字量与阈值进行大小比较，判断是否达到阈值，从而确定起始时刻。
考虑到发射脉冲触发信号在ADC采样序列点上为单调上升，获取首次超过阈值的发射脉冲触发信号数字量a以及前一个采样序列点上的发射脉冲触发信号数字量b，在两个发射脉冲触发信号数字量a、b之间进行线性插值运算，计算得出起始时刻，参见图4。
具体为：
主控单元发出激光发射脉冲触发信号。主控单元通过单刀双掷开关芯片选通脉冲触发信号作为ADC输入信号，同时切断回波探测器信号的ADC输入通道。该脉冲触发信号放大后，被ADC采集。
进一步的，ADC采集到的脉冲触发信号为过饱和信号，因而起始脉冲的上升沿具有高稳定性，获取首次超过阈值的脉冲触发信号数字量a以及前一个采样序列点上的脉冲触发信号冲数字量b，在a、b之间进行线性插值运算，计算得出起始时刻Tstart，参见图4；
Figure BDA0004208897060000071
其中，Ath表示起始脉冲阈值；Ath-1表示起始脉冲阈值减1，Ath+1表示起始脉冲阈值加1；Tth表示起始脉冲阈值时刻；Tth-1表示起始脉冲阈值减1时刻；Tth+1表示起始脉冲阈值加1时刻。
进一步的，本发明实施例中，所述阈值是一个电压数字量，发射脉冲触发信号的电压数字量与其进行大小比较，从而判断发射脉冲触发信号数字量是否达到阈值，如果在该时刻发射脉冲触发信号达到阈值，则判定该时刻为起始时刻。对于阈值的选取，前期通过测量统计，选择测距误差最小的那个阈值为系统阈值。
步骤2：激光器发射的激光，经目标物反射，回波进入探测器，经光电转化，生成电流信号，该电流信号经过一个跨阻放大器，转化成电压信号，该电压信号进入模数转换器(ADC)，转化为数字量，该数字量与阈值进行大小比较，得到达到阈值的结束时刻；
ADC采集到起始信号后，主控单元通过单刀双掷开关芯片选通探测器信号作为ADC输入信号，同时切断脉冲触发信号的ADC模拟输入通道。探测器信号经跨阻放大器处理后，被ADC采集到。
ADC采集到的回波信号的上升沿也具有高稳定性，通过设置阈值判断回波脉冲上升沿时刻，获得光飞行结束时刻Tend：
Figure BDA0004208897060000072
其中，Ten表示回波脉冲阈值时刻；Ten-1表示回波脉冲阈值减1时刻；Ten+1表示回波脉冲阈值加1时刻；n表示从Ten-1时刻开始，第n个插值时刻的回波副值第一次超过回波阈值。
步骤3：测量一定距离下激光飞行的理论计时，并测量同一距离下触发信号的起始时刻和回波信号的结束时刻，将回波信号的结束时刻依次减掉触发信号下的起始时刻和激光飞行的理论计时获取误差补偿时间。
本发明实施例中，通过标准的仪器测量实际距离，计算该距离下激光飞行的理论计时。
进一步的，用本发明实施例公开的测量系统，参见图3，计算触发信号下的起始时刻和回波信号下的结束时刻；
进一步的，回波信号下的结束时刻减掉触发信号下的起始时刻和理论飞行计时获取补偿时间。
飞行时间误差补偿量标定流程：
从发射触发脉冲信号开始，ADC开始采样输出，经历：激光实际发射、“起始时间”捕获、回波实际接收、“结束时间”捕获(分两种：饱和回波“结束时刻”捕获、不饱和回波“结束时刻”捕获)四个时刻点，描述在时域轴上，参见图6。计算测量时间，用标准的激光测距仪计算被测距离飞行时间，计算补偿时间；
飞行时间误差补偿量计算方法：
假设回波信号为饱和信号，补偿时间＝结束时刻-起始时刻-标准时间，标准时间通过标准仪器实测得到，也可以表示为：补偿时间＝饱和测量时间-理论时间＝d-b≈a(因为触发脉冲信号和接收到的回波信号共用一个ADC模块转化成数字量，转化速度接近，所以a+b≈d。)，即激光发射驱动时间；如果回波为不饱和信号，补偿时间包括两个补偿时间，一是激光发射驱动时间a，二是不饱和信号导致的时差补偿e，则总补偿时间＝不饱和测量时间-理论时间＝(d+e)-b≈a+e，即总补偿时间T▲＝激光发射驱动时间a+不饱和信号的时差补偿e，T▲＝a+e，参见图6。
飞行时间误差补偿：
将各回波脉宽值对应的补偿量形成表格或对应的关系曲线图。使用本发明公开的仪器发射一激光脉冲，测量时间＝结束时刻-起始时刻，查表得到该回波脉宽值对应的补偿量，被测距离飞行时间＝结束时刻-起始时刻-补偿量。
参见图8，补偿值得具体计算方法为：
在同一高反射率测试目标板同一探测距离下，不断减小激光发射功率来模拟目标物的反射率的变化，直至激光发射功率为0，无法接收有效回波为止。运用信号处理算法对该过程中获得的信号进行处理，得到回波的脉宽对应的结束时刻。
以同一距离下用标准仪器测得的距离而转化成的飞行时间为标准，计算该距离下回波的结束时刻与触发信号的开始时刻的差，再与标准飞行时间之间的差值作为补偿时间
采用不同反射率的目标板，在不同距离下重复测量计算，记录不同脉宽下的补偿值，建立脉宽-补偿关系曲线。
其中：
测量时间为：Tm＝Tend-Tstart；
被测距离计时＝测量时间-补偿计时:Ttarget＝Tend-Tstart-T▲，参见图5；
补偿计时＝测量时间-被测距离计时(该被测距离计时通过固定实验距离/光速计算得到)
进一步的，本发明实施例中，参见图9，还公开了一具体的实施例：
对3m目标板进行距离测定；
ADC将主控单元发出激光发射的电脉冲信号转换为离散的起始脉冲数据，采用线性插值来获得激光飞行起始计时时刻T0为22.5ns；
通过选通开关选通探测器回波电信号，通过设置阈值判断起始脉冲上升沿时刻来获得激光飞行结束计时时刻T1为50ns；
测量时间：Tm＝T1-T0＝50-22.5＝27.5ns；
根据ADC转化的回波信号，获取脉宽5.57ns；
对照补偿表，获取补偿值7.425ns。该补偿值包括了脉宽补偿值1.425ns和激光发射驱动延时补偿值6ns；
根据公式Ttarget＝Tend-Tstart-T▲，计算被测距离计时＝27.5-7.425＝20.075ns。
根据测距公式D＝Ttarget×c/2＝3.0112m。
本发明实施例公开了一种激光雷达飞行时间测量系统，包括：
起始时刻获取模块，用于获取包含起始时刻信息的脉冲信号，并设定起始时刻的阈值，将获取的该脉冲信号转化为数字量，将数字量与阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的起始时刻；
结束时刻获取模块，用于获取包含结束时刻信息的回波信号，并设定结束时刻阈值，将获取的回波信号转化为电压信号数字量，将电压信号数字量结束时刻阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的结束时刻；
补偿时刻获取模块，用于测量同一距离下激光飞行的理论计时，并测量同一距离下触发信号的起始时刻和回波信号的结束时刻，将回波信号的结束时刻依次减掉触发信号下的起始时刻和激光飞行的理论计时获取误差补偿时间；
飞行计时计算模块，用于将补偿时间计算模块获取的激光飞行的结束时刻依次减掉激光飞行的起始时刻和误差补偿时间，获取飞行时间。
本发明一实施例提供的终端设备的示意图。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，例如激光驱动器、激光发射器和光电探测器。
所述处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。
所述终端设备集成的模块/单元如果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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上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)

1.一种激光雷达飞行时间测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取包含起始时刻信息的脉冲信号，并设定起始时刻的阈值，将获取的该脉冲信号转化为数字量，将数字量与阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的起始时刻；
S2：获取包含结束时刻信息的回波信号，并设定结束时刻阈值，将获取的回波信号转化为电压信号数字量，将电压信号数字量与结束时刻阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的结束时刻；
S3：测量同一距离下激光飞行的理论计时，并测量同一距离下触发信号的起始时刻和回波信号的结束时刻，将回波信号的结束时刻依次减掉触发信号下的起始时刻和激光飞行的理论计时获取误差补偿时间；
S4：将步骤S2获取的激光飞行的结束时刻依次减掉激光飞行的起始时刻和误差补偿时间，获取飞行时间。
2.根据权利要求1所述的一种激光雷达飞行时间测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
基于起始脉冲信号和起始时刻的阈值，获取首次超过阈值的发射脉冲数字量a以及数字量a的前一个采样序列点上的发射脉冲数字量b，基于脉冲数字量a与数字量b计算激光飞行的起始时刻。
3.根据权利要求2所述的一种激光雷达飞行时间测量方法，其特征在于，通过公式(1)计算激光飞行的起始时刻：
Figure FDA0004208897050000011
其中，Ath表示起始脉冲阈值；Ath-1表示起始脉冲阈值减1，Ath+1表示起始脉冲阈值加1；Tth表示起始脉冲阈值时刻；Tth-1表示起始脉冲阈值减1时刻；Tth-1表示起始脉冲阈值加1时刻。
4.根据权利要求1所述的一种激光雷达飞行时间测量方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
基于回波信号和结束时刻的阈值，获取回波信号中首次超过阈值的发射电脉冲数字量a以及数字量a的前一个采样序列点上的发射电脉冲数字量b，在数字量a与数字量b之间进行插值计算，获取激光飞行的结束时刻。
5.根据权利要求4所述的一种激光雷达飞行时间测量方法，其特征在于，通过公式(2)计算激光飞行的结束时刻：
Figure FDA0004208897050000021
其中，Ten表示回波脉冲阈值时刻；Ten-1表示回波脉冲阈值减1时刻；Ten+1表示回波脉冲阈值加1时刻；n表示从Ten-1时刻开始，第n个插值时刻的回波副值第一次超过回波阈值。
6.根据权利要求1所述的一种激光雷达飞行时间测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算回波信号对应的结束时刻包括以下步骤：
在同一高反射率测试目标板的同一探测距离下，通过对激光驱动电压的调节进而改变激光发射功率，模拟目标物反射率的变化，得到各个回波脉宽对应的结束时刻。
7.根据权利要求6所述的一种激光雷达飞行时间测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，补偿时刻的计算还包括以下步骤：
分别计算理论计时与不同激光发射功率情况下的计时的差值，记录不同回波脉宽分别对应的补偿值，并建立回波脉宽对应的补偿值与回波脉宽变化的曲线图。
8.根据权利要求1所述的一种激光雷达飞行时间测量系统，其特征在于，包括起始时刻获取模块、结束时刻获取模块、补偿时间计算模块和飞行计时计算模块；
起始时刻获取模块，用于获取起始时刻脉冲信号，并设定起始时刻的阈值，将获取的起始时刻脉冲信号转化为数字量，将数字量与阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的起始时刻；
结束时刻获取模块，用于获取回波信号，并设定结束时刻阈值，将获取的回波信号转化为电压信号数字量，将电压信号数字量结束时刻阈值进行比较，基于比较结果获取激光飞行的结束时刻；
补偿时间计算模块，用于测量同一距离下激光飞行的理论计时，并测量同一距离下触发信号的起始时刻和回波信号的结束时刻，将回波信号的结束时刻依次减掉触发信号下的起始时刻和激光飞行的理论计时获取误差补偿时间；
飞行计时计算模块，用于将补偿时间计算模块获取的激光飞行的结束时刻依次减掉激光飞行的起始时刻和误差补偿时间，获取飞行时间。
9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117471480A (zh) * 2023-12-27 2024-01-30 闽都创新实验室 一种多脉冲阶梯功率探测方法
CN117471480B (zh) * 2023-12-27 2024-04-26 闽都创新实验室 一种多脉冲阶梯功率探测方法

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