CN116299519B - 一种激光测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光测距方法，包括：步骤1、设置最大阈值档位和最大灵敏度档位；步骤2至步骤5，调节灵敏度档位和比较器阈值档位；步骤6、将T*X个数据样本分组并统计每组数据样本的数量，根据样本数量最多的保留5组样本数据；步骤7、对5组样本数据进行高斯拟合，计算出样本均值和方差；步骤8、如果样本的数量与方差满足相应预设值时，则对进行补偿后显示视距结果，否则，重复步骤5至步骤7，直至满足相应预设的值，或者超过预设时间后自动退出；其适应不同的背景噪声，降低背景噪声影响，继而提高测量的准确性和可靠性，能够缩短中短距离目标的测量时间，提高中长距离目标测距性能，还分段测量，实现时间与测距性能的平衡性。

Description

一种激光测距方法
技术领域
本发明涉及一种激光测距方法技术领域，尤其是指一种激光测距方法。
背景技术
激光测距仪通过发射光脉冲然后接收返回脉冲，从而实现测距。一旦返回脉冲被接收到，一般利用三角测量、调频连续波、飞行时间等公式来计算光脉冲的飞行距离。
三角测量距离小于10m，精度较高达um级别，虽然便宜，但是依赖于表面。
调频连续波测量距离小于200m，精度为厘米级别，低生产成本，但是测量速度慢。
飞行时间测量距离可达几公里，同时可将误差控制在mm级别，反应时间短，但是价格昂贵。
综上，激光测距最主要的难点就是时刻鉴别精度和时间间隔测量精度，影响时刻鉴别精度的因素主要是回波幅度的不稳定，影响时间间隔测量精度的因素则包括计数器时钟频率、计数量化误差、晶体振荡器频率稳定性和系统固有的延时。
后来，大多数脉冲式激光测距仪是发射一个激光脉冲同时启动计数器，对APD(雪崩光电二极管)接收到反射信号进行放大，整形输出脉冲信号，来结束计数器。1.反射信号的不稳定将大大影响测量的稳定性，而稳定性对测量精度有较大影响；2.当回波信号不大于背景噪声时，将很难测量到被测目标，而大大影响了测距能力。
因此，本发明专利申请中，申请人精心研究了一种激光测距方法来解决上述问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术所存在不足，主要目的在于提供一种激光测距方法，其适应不同的背景噪声，降低背景噪声的影响，继而提高测量的准确性和可靠性，也能够缩短中短距离目标的测量时间，提高中长距离目标的测距性能，而且，分段测量，实现时间与测距性能的平衡性。
为实现上述之目的，本发明采取如下技术方案：
一种激光测距方法，其应用于激光测距装置，包括有如下步骤：
步骤1、将激光测距装置中比较器的阈值设置成最大阈值档位以及将接收模块的灵敏度设置成最大灵敏度档位，其中，激光测距装置包括有M个灵敏度档位(其中，M为大于或等于2的整数)和N个比较器阈值档位(其中，N为大于或等于2的整数)；
步骤2、启动计数器以检测是否有回波信号，如果是，则将当前灵敏度档位减一，并重新启动计数器，依次循环往复，直至检测不到回波信号，并确定当前灵敏度档位为目标接收灵敏度档位，进入步骤3；否则，确定当前灵敏度档位为目标接收灵敏度档位并进入步骤3；
步骤3、启动计数器以检测是否没有回波信号，如果是，则将当前比较器阈值档位减一，并重新启动计数器，依次循环往复，直至检测到回波信号，并确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位，进入步骤4；否则，确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位并进入步骤4；
步骤4、将比较器阈值设置为最低阈值档，控制激光测距装置发射若干激光脉冲并启动计数器以检测比较器平均输出脉冲的数量是否大于预设值，如果是，则将当前比较器阈值档位加一，并重新控制激光测距装置发射少量激光脉冲和启动计数器，依次循环往复，直至检测到比较器平均输出脉冲的数量不大于预设值，并确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位，进入步骤5；如果不是，确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位并进入步骤5；
步骤5、控制激光测距装置发射T个激光脉冲并启动计数器检测每个激光脉冲发射后比较器的输出信号，并读取相应的计数器值，每个激光脉冲读取的回波信号数量为X；
步骤6、将T*X个数据样本按分辨率要求排序分组并统计每组数据样本的数量，根据样本数量最多的保留5组样本数据；
步骤7、对5组样本数据分别进行高斯拟合，计算出样本均值和方差；
步骤8、如果样本的数量与方差满足相应预设的值时，则对该组样本均值进行补偿后显示视距结果，否则，则重复步骤5至步骤7，直至满足相应预设的值，或者超过预设时间后自动退出。
作为一种优选方案，在步骤5中，控制激光测距装置发射T个激光脉冲的同时，通过加速度传感器获取激光测距装置的三轴分量，计算出激光信号的发射方向与水平方向的倾角。
作为一种优选方案，结合视距结果与预设的子弹初速度、重量和截面直径，经弹道轨迹方程计算出子弹的飞行轨迹，获得弹道补偿参数。
作为一种优选方案，所述预设时间为500ms至800ms。
作为一种优选方案，所述方差不大于均值的1％。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言：
其主要是先进行接收灵敏度和比较器阈值电压的调节，再进行测量，有利于适应不同的背景噪声，降低背景噪声的影响，继而提高测量的准确性和可靠性，尤其是，能够缩短中短距离目标的测量时间，提高中长距离目标的测距性能，而且，分段测量，实现时间与测距性能的平衡性；
其次是，通过弹道补偿，有利于提高后续瞄准和射击精度，显示结果更直接有效。
附图说明
图1是本发明之实施例的局部流程图(主要显示步骤1至步骤4)；
图2是本发明之实施例的另一局部流程图(主要显示步骤5至步骤8)。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1和图2所示，一种激光测距方法，其应用于激光测距装置，包括有如下步骤：
步骤1、将激光测距装置中比较器的阈值设置成最大阈值档位以及将接收模块的灵敏度设置成最大灵敏度档位，其中，激光测距装置包括有M个灵敏度档位(其中，M为大于或等于2的整数)和N个比较器阈值档位(其中，N为大于或等于2的整数)。
步骤2、启动计数器以检测是否有回波信号，如果是，则将当前灵敏度档位减一，并重新启动计数器，依次循环往复，直至检测不到回波信号，并确定当前灵敏度档位为目标接收灵敏度档位，进入步骤3；否则，确定当前灵敏度档位为目标接收灵敏度档位并进入步骤3。此步骤为根据背景噪声，调节接收模块的接收灵敏度，以降低背景噪声的影响。
步骤3、启动计数器以检测是否没有回波信号，如果是，则将当前比较器阈值档位减一，并重新启动计数器，依次循环往复，直至检测到回波信号，并确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位，进入步骤4；否则，确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位并进入步骤4。此步骤为根据背景噪声，调节比较器的阈值电压，以进一步降低背景噪声的影响。
步骤4、将比较器阈值设置为最低阈值档，控制激光测距装置发射若干激光脉冲并启动计数器以检测比较器平均输出脉冲的数量是否大于预设值，如果是，则将当前比较器阈值档位加一，并重新控制激光测距装置发射少量激光脉冲和启动计数器，依次循环往复，直至检测到比较器平均输出脉冲的数量不大于预设值，并确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位，进入步骤5；如果不是，确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位并进入步骤5。此步骤为预发射激光脉冲，以根据反射信号强度，进一步调节比较器的阈值电压，实现缩短中短距离目标的测量时间，提高测量的稳定性、可靠性和中长距离目标的测距性能。
步骤5、控制激光测距装置发射T个激光脉冲并启动计数器检测每个激光脉冲发射后比较器的输出信号，并读取相应的计数器值，每个激光脉冲读取的回波信号数量为X；
步骤6、将T*X个数据样本按分辨率要求(前后样本距离差大于分辨率)排序分组并统计每组数据样本的数量，根据样本数量最多的保留5组样本数据；
步骤7、对5组样本数据分别进行高斯拟合，计算出样本均值和方差；优选地，方差不大于均值的1％。
步骤8、如果样本的数量与方差满足相应预设的值时，则对该组样本均值进行补偿后显示视距结果，否则，则重复步骤5至步骤7，直至满足相应预设的值，或者超过预设时间后自动退出。优选地，所述预设时间为500ms至800ms。当超过800ms后，则会自动退出样本的均值和方差的计算。此步骤为通过对样本均值进行补偿算法可更精确地获得测量结果。
在本实施例中，可获得弹道补偿参数。优选地，在步骤5中，控制激光测距装置发射T个激光脉冲的同时，通过加速度传感器获取激光测距装置的三轴分量，计算出激光信号的发射方向与水平方向的倾角。结合视距结果与预设的子弹初速度、重量和截面直径，经弹道轨迹方程计算出子弹的飞行轨迹，获得弹道补偿参数。
接下来说明下激光测距装置的工作原理：MCU发送触发信号触发激光发射模块发射激光脉冲同时启动计数器计数；当激光在被测物体上反射后通过接收模块的雪崩光电二极管接收激光信号并转化为电脉冲信号，电脉冲信号经由放大和滤波电路后给比较器进行整形输出系列脉冲。MCU输出信号至计数器以结束计数。当量程范围内的所有反射信号接收完毕后，MCU从计数器中读取所有的数据，即可获取一个激光束产生的一组测量数据。
本发明设计要点在于:其主要是先进行接收灵敏度和比较器阈值电压的调节，再进行测量，有利于适应不同的背景噪声，降低背景噪声的影响，继而提高测量的准确性和可靠性，尤其是，能够缩短中短距离目标的测量时间，提高中长距离目标的测距性能，而且，分段测量，实现时间与测距性能的平衡性；
其次是，通过弹道补偿，有利于提高后续瞄准和射击精度，显示结果更直接有效。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种激光测距方法，其应用于激光测距装置，其特征在于：包括有如下步骤：
步骤1、将激光测距装置中比较器的阈值设置成最大阈值档位以及将接收模块的灵敏度设置成最大灵敏度档位，其中，激光测距装置包括有M个灵敏度档位和N个比较器阈值档位，其中，M为大于或等于2的整数，N为大于或等于2的整数；
步骤2、启动计数器以检测是否有回波信号，如果是，则将当前灵敏度档位减一，并重新启动计数器，依次循环往复，直至检测不到回波信号，并确定当前灵敏度档位为目标接收灵敏度档位，进入步骤3；否则，确定当前灵敏度档位为目标接收灵敏度档位并进入步骤3；
步骤3、启动计数器以检测是否没有回波信号，如果是，则将当前比较器阈值档位减一，并重新启动计数器，依次循环往复，直至检测到回波信号，并确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位，进入步骤4；否则，确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位并进入步骤4；
步骤4、将比较器阈值设置为最低阈值档，控制激光测距装置发射若干激光脉冲并启动计数器以检测比较器平均输出脉冲的数量是否大于预设值，如果是，则将当前比较器阈值档位加一，并重新控制激光测距装置发射少量激光脉冲和启动计数器，依次循环往复，直至检测到比较器平均输出脉冲的数量不大于预设值，并确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位，进入步骤5；如果不是，确定当前比较器阈值档位为目标接收比较器阈值档位并进入步骤5；
步骤5、控制激光测距装置发射T个激光脉冲并启动计数器检测每个激光脉冲发射后比较器的输出信号，并读取相应的计数器值，每个激光脉冲读取的回波信号数量为X；
步骤6、将T*X个数据样本按分辨率要求排序分组并统计每组数据样本的数量，根据样本数量最多的保留5组样本数据，其中，分辨率要求为前后样本距离差大于分辨率；
步骤7、对5组样本数据分别进行高斯拟合，计算出样本均值和方差；
步骤8、如果样本的数量与方差满足相应预设的值时，则对该组样本均值进行补偿后显示视距结果，否则，则重复步骤5至步骤7，直至满足相应预设的值，或者超过预设时间后自动退出。
2.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于：在步骤5中，控制激光测距装置发射T个激光脉冲的同时，通过加速度传感器获取激光测距装置的三轴分量，计算出激光信号的发射方向与水平方向的倾角。
3.根据权利要求2所述的激光测距方法，其特征在于：结合视距结果与预设的子弹初速度、重量和截面直径，经弹道轨迹方程计算出子弹的飞行轨迹，获得弹道补偿参数。
4.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于：所述预设时间为500ms至800ms。
5.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于：所述方差不大于均值的1％。
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