CN117452422A - 一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统 - Google Patents

一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117452422A
CN117452422A CN202311470092.5A CN202311470092A CN117452422A CN 117452422 A CN117452422 A CN 117452422A CN 202311470092 A CN202311470092 A CN 202311470092A CN 117452422 A CN117452422 A CN 117452422A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
laser pulse
frequency
target object
reflected
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.)
Pending
Application number
CN202311470092.5A
Other languages
English (en)
Inventor
代剑峰
欧沃林
邱明生
杨丽娜
印本舟
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.)
Guangzhou Xingfeida Electronic Technology Co ltd
Original Assignee
Guangzhou Xingfeida Electronic Technology Co ltd
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 Guangzhou Xingfeida Electronic Technology Co ltd filed Critical Guangzhou Xingfeida Electronic Technology Co ltd
Priority to CN202311470092.5A priority Critical patent/CN117452422A/zh
Publication of CN117452422A publication Critical patent/CN117452422A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S17/26—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency-modulated or phase-modulated carrier wave, e.g. for pulse compression of received signals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (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

本发明公开了一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统，具体涉及激光测距技术领域，包括目标确定模块、信号预收集模块、信号预处理模块、数据分析模块、频率调制模块、运算模块，以及检测模块，本发明使用激光发射器发出激光脉冲信号，并通过接收器接收待测目标物体的反射信号，对待测目标物体的反射信号进行数据分析，并通过数模转换将电信号转化为数字信号，通过数学模型对数字信号进行解析，计算出待测目标物体与激光脉冲发射器之间的距离，从而实现精准的测距，可以在短时间内完成测量任务，这对于需要快速实时测量的应用非常重要，具有重要的意义。

Description

一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统。
背景技术
激光脉冲连续测距系统是一种常用于测量中远程距离的技术，它通过利用激光脉冲在空气中传播的特性，测量目标物体与测距系统之间的距离，在激光脉冲连续测距系统中，发射器首先产生激光脉冲，并将其发射到目标物体上。脉冲经过一定距离传播后，被目标物体散射或反射回测距系统的接收器。
在许多领域，如航空航天、地质勘探和遥感等，精确测距是一项关键而广泛应用的技术，目前最常用的激光测距方法之一是激光脉冲测距，其中使用了脉冲激光束通过测量激光信号发送和返回之间的时间差来计算距离，然而，传统的激光脉冲测距方法受到诸如噪声、多路径效应和大气干扰等问题的限制，无法满足中远程高精度测距的需求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，包括：
目标确定模块：通过图像识别与处理选定目标物体，并将待测目标物体存储到数据库中；
信号预收集模块：包括信号发射单元和信号回收单元；
所述信号发射单元：从数据库中提取待测目标物体，并按照相同频率对待测目标物体发射连续激光脉冲信号；
所述信号回收单元：用于接收由待测目标物体反射回来的连续激光脉冲信号，并存储到数据库中；
信号预处理模块：提取数据库中存储的待测目标物体反射信号，对待测目标物体反射信号进行预处理，并发送到数据分析模块；
数据分析模块：接收经过预处理的目标反射信号，并通过数学模型对目标反射信号进行分析，得出大气折射系数；
频率调制模块：根据大气折射系数对目标反射信号进行实时频率调制，并将调制后的目标反射信号发送到运算模块；
运算模块：将调制后的目标反射信号与参考信号进行对比，得出目标反射信号的频率差信号，并发送到检测模块；
检测模块：对目标反射信号的频率差信号进行检测和解调，获取到待测目标物体的距离，并存储至数据库中。
优选的，所述对待测目标物体反射信号进行预处理，具体的处理方式为：
A1、将待测目标物体反射信号按照相同的时间间隔分成n份，对每个目标物体反射信号强度进行编号，记为ai1，ai2，……，ain，i表示为信号强度，ain表示为第n个目标物体反射信号强度；
A2、对目标物体反射信号强度ai1，ai2，……，ain进行汇总，得到目标物体反射信号强度的平均值ai0，则
A3、对目标物体反射信号强度数据求其方差S2，则S2＝{(ai1-ai0)2+(ai2-ai0)2+……+(ain-ai0)2}/n；
A4、将目标物体反射信号强度ai1，ai2，……，ain与S2进行对比，去除信号强度低于S2的目标物体反射信号，组成新的数据集aim，aim+1，……，aim+n。
优选的，所述根据周围环境的温度、湿度、大气压强、空气中各类气体的浓度，以及激光脉冲的波长对大气折射系数进行分析，具体的分析步骤为：
B1、通过温度传感器对激光脉冲发射器周围的环境温度进行采样，记为WD1，WD2，……，WDn，对其求平均值，得到激光脉冲发射器周围的平均环境温度
B2、通过湿度传感器对激光脉冲发射器周围的环境湿度进行采样，记为SD1，SD2，……，SDn，对其求平均值，得到激光脉冲发射器周围的平均环境湿度
B3、已知标准状态下的大气压强为P，通过压力传感器测得激光脉冲发射器周围的环境气体压强为P0；
B4、通过气体传感器对激光脉冲发射器周围的环境气体监测，得到激光脉冲发射器周围环境各类气体的浓度，记为qjar，j＝1，2，……m，qj表示为各类气体，r＝1，2，……o，ar表示为浓度；
B5、将激光脉冲发射器发射的激光信号速度记为C，发射激光信号的频率为f，则将C和f代入公式计算出激光脉冲发射器发射的激光信号波长为α＝C/f；
B6、将上述参数代入公式计算出激光脉冲发射器周围的大气折射系数β，则其中ω1、ω2、ω3、ω4，以及ω5分别表示为温度、湿度、压强、各类气体浓度，以及波长对大区折射系数的权重，ω1+ω2+ω3+ω4+ω5＝1。
优选的，所述根据大气折射率对目标反射信号进行实时频率调制，具体包括：
目标物体反射信号在经过大气的折射之后到达激光脉冲发射器周围的信号接收板上，形成新的离散时间序列数据{β*aim，β*aim+1，……，β*aim+n}，将离散时间序列数据转换为复信号表示，即每个时间点的信号值由实部和虚部组成的复数形式，将复信号表示为s(t)，则s(t)＝l(t)+dQ(t)；其中l(t)为实部，Q(t)为虚部，d表示为虚数单位，d2＝-1，定义一个复数控制信号c(t)，用于控制频率调制，将控制信号c(t)与接收到的激光信号进行复数乘法得到调制后的信号γ(t)＝c(t)*s(t)。
优选的，所述对调制后的信号γ(t)进行分析，具体包括：
将调制后的信号γ(t)采样并获得离散时间序列数据，表示为复数序列形式{γ[r]}，其中r表示为离散时间点，将采样的数据长度记为N，计算权重系数{W(k)}，则{W(k)}＝e(-2πdk/N)；其中k表示为频域的离散频率点，e为自然对数的底数，N表示为N个频率点，d为虚数单位，通过离散变换得到频域表示的复数序列，{M(K)}，则{M(K)}＝∑{γ[r]}*{W(k*n)}；n∈[0，N-1]，则{M(K)}为输出的复离散时间序列数据，通过数模转换将数据转换为模拟信号形式，即为调制后的激光信号。
优选的，将调制后的目标反射信号与参考信号进行对比，得出目标反射信号的频率差信号，具体包括：
将调制后的激光信号表示为时域复数形式，记为m(t)＝I(t)+jQ(t)，其中I(t)和Q(t)分别表示调制信号的实部和虚部，将参考信号表示为时域复数形式，记为r(t)＝Re(t)+jIm(t)，其中Re(t)和Im(t)分别表示参考信号的实部和虚部，对实部和虚部分别进行相乘运算，得到相乘后的时域信号，x(t)＝(I(t)*Re(t))-(Q(t)*Im(t))；y(t)＝(I(t)*Im(t))+(Q(t)*Re(t))；将乘积信号表示为复数形式，即x(t)+jy(t)；其中x(t)为实部，y(t)为虚部，j为虚数单位，确定乘积信号的离散采样点数N，应用离散变换公式对乘积信号进行转换，X(k)＝(1/N)*Σ(n＝N-1)[x(n)*ej2πkn/N)]；Y(k)＝(1/N)*Σ(n＝N-1)[y(n)*ej2πkn/N]；其中k表示为频率索引，n表示为时间索引，e(-2πdk/N)为离散旋转因子，根据计算得到的X(k)，Y(k)，可以得到乘积信号在频域上的完整表示，则频域信号表示为X(k)+jY(k)。
优选的，所述对频域信号进行频域移位，具体包括：
构造一个复指数其中f0表示为频域移位量，将频域信号与频域位移函数进行点乘，则/>Y(k)表示为进行频域移位后的频域信号，通过数学模型进行转换，即/>其中k表示为频率索引，k∈[0，N-1]，n表示为时间索引，ej2πkn/N为旋转因子，y(n)表示为变换后的时域信号，即频率差信号。
优选的，所述将频率差信号转化为数字信号，并通过数学模型计算出待测目标物体的距离，具体包括：
通过解调算法对y(n)进行解调，将频率差信号转化为数字信号，则y(n)＝Y(k)；其中k表示为频率分量的索引，根据Y(k)计算信号的幅度谱A(k)和相位谱则A(k)＝|Y(k)|，/>其中|Y(k)|表示为Y(k)的模值，arg(Y(k))表示为Y(k)的幅角，定义一个频率选择函数H(k)，用于选择希望估计相位的频率范围，H(k)是一个二进制函数，其取值为1表示选择该频率分量进行相位估计，取值为0表示不选择，将A(k)和|Y(k)|分别代入公式/> 其中θ表示为相位估计参数，n为时域采样点索引，/>表示为数字信号Y(k)的相位，从数据库中提取初始数字信号的相位，记为/>将/>和/>代入公式计算出待测目标物体的距离l，则/>其中C表示为激光信号的传播速度，f表示为频率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法，使用上述的一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，具体步骤如下：
S1、将待测目标物体反射信号按照相同的时间间隔分成n份，对每个目标物体反射信号强度进行编号，并对目标物体反射信号强度进行方差计算，去除信号强度弱的目标物体反射信号；
S2、通过温度传感器、湿度传感器，以及气体传感器对激光脉冲发射器周围的平均温度、湿度，以及各类气体浓度进行监测，结合激光脉冲发射器周围的压强和信号的波长计算出激光脉冲发射器周围的大气折射系数；
S3、根据大气折射率对目标反射信号进行实时频率调制，形成新的离散时间序列数据，再通过数学模型的计算得出调制后的信号数据；
S4、对调制后的信号进行分析，得出输出的复离散时间序列数据，并通过数模转换将数据转换为时域信号形式，再通过离散转换将时域信号转换为频域信号；
S5、构造一个复指数，将频域信号与频域位移函数进行点乘，得到频域移位后的频域信号，将移位后的频域信号与参考信号进行对比，再经过数学模型进行转换，得到频率差信号；
S6、通过解调算法对频率差信号进行解调，将频率差信号转化为数字信号，根据得到的数字信号计算信号的幅度谱和相位谱，进而得出数字信号的相位；
S7、从数据库中提取初始数字信号的相位，将数字信号的相位与初始数字信号的相位带入数学模型，计算出待测目标物体的距离。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明能够实现较高精度的测量，通常可以达到毫米级的测量精度，这使得该系统在需要高精度测距的应用中具有重要意义。
2、本发明能够实现高速测量，可以在短时间内完成测量任务，这对于需要快速实时测量的应用非常重要。
3、本发明通过激光脉冲与目标物体之间的相互作用来测量距离，无需与被测物体接触，具有非接触性，这对于需要避免物理接触或微小物体测量的应用非常重要。
附图说明
图1为本发明的系统模块连接图。
图2为本发明的方法步骤图。
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，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明提供了一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，包括目标确定模块、信号预收集模块、信号预处理模块、数据分析模块、频率调制模块、运算模块，以及检测模块。
所述目标确定模块与信号预收集模块相连接，所述信号预收集模块与信号预处理模块相连接，所述信号预处理模块与数据分析模块相连接，所述数据分析模块与频率调制模块相连接，所述频率调制模块与运算模块相连接，所述运算模块与检测模块相连接。
所述目标确定模块通过图像识别与处理选定目标物体，并将待测目标物体存储到数据库中。
所述信号预收集模块：包括信号发射单元和信号回收单元。
所述信号发射单元从数据库中提取待测目标物体，并按照相同频率对待测目标物体发射连续激光脉冲信号；
所述信号回收单元用于接收由待测目标物体反射回来的连续激光脉冲信号，并存储到数据库中。
所述信号预处理模块提取数据库中存储的待测目标物体反射信号，对待测目标物体反射信号进行预处理，并发送到数据分析模块。
在一种可能的设计中，所述对待测目标物体反射信号进行预处理，具体的处理方式为：
A1、将待测目标物体反射信号按照相同的时间间隔分成n份，对每个目标物体反射信号强度进行编号，记为ai1，ai2，……，ain，i表示为信号强度，ain表示为第n个目标物体反射信号强度；
A2、对目标物体反射信号强度ai1，ai2，……，ain进行汇总，得到目标物体反射信号强度的平均值ai0，则
A3、对目标物体反射信号强度数据求其方差S2，则S2＝{(ai1-ai0)2+(ai2-ai0)2+……+(ain-ai0)2}/n；
A4、将目标物体反射信号强度ai1，ai2，……，ain与S2进行对比，去除信号强度低于S2的目标物体反射信号，组成新的数据集aim，aim+1，……，aim+n。
所述数据分析模块接收经过预处理的目标反射信号，并通过数学模型对目标反射信号进行分析，得出大气折射系数。
在一种可能的设计中，所述根据周围环境的温度、湿度、大气压强、空气中各类气体的浓度，以及激光脉冲的波长对大气折射系数进行分析，具体的分析步骤为：
B1、通过温度传感器对激光脉冲发射器周围的环境温度进行采样，记为WD1，WD2，……，WDn，对其求平均值，得到激光脉冲发射器周围的平均环境温度
B2、通过湿度传感器对激光脉冲发射器周围的环境湿度进行采样，记为SD1，SD2，……，SDn，对其求平均值，得到激光脉冲发射器周围的平均环境湿度
B3、已知标准状态下的大气压强为P，通过压力传感器测得激光脉冲发射器周围的环境气体压强为P0；
B4、通过气体传感器对激光脉冲发射器周围的环境气体监测，得到激光脉冲发射器周围环境各类气体的浓度，记为qjar，j＝1，2，……m，qj表示为各类气体，r＝1，2，……o，ar表示为浓度；
B5、将激光脉冲发射器发射的激光信号速度记为C，发射激光信号的频率为f，则将C和f代入公式计算出激光脉冲发射器发射的激光信号波长为α＝C/f；
B6、将上述参数代入公式计算出激光脉冲发射器周围的大气折射系数β，则其中ω1、ω2、ω3、ω4，以及ω5分别表示为温度、湿度、压强、各类气体浓度，以及波长对大区折射系数的权重，ω1+ω2+ω3+ω4+ω5＝1。
所述频率调制模块根据大气折射系数对目标反射信号进行实时频率调制，并将调制后的目标反射信号发送到运算模块；
在一种可能的设计中，所述根据大气折射率对目标反射信号进行实时频率调制，具体包括：
目标物体反射信号在经过大气的折射之后到达激光脉冲发射器周围的信号接收板上，形成新的离散时间序列数据{β*aim，β*aim+1，……，β*aim+n}，将离散时间序列数据转换为复信号表示，即每个时间点的信号值由实部和虚部组成的复数形式，将复信号表示为s(t)，则s(t)＝l(t)+dQ(t)；其中l(t)为实部，Q(t)为虚部，d表示为虚数单位，d2＝-1，定义一个复数控制信号c(t)，用于控制频率调制，将控制信号c(t)与接收到的激光信号进行复数乘法得到调制后的信号γ(t)＝c(t)*s(t)。
进一步的，所述对调制后的信号γ(t)进行分析，具体包括：
将调制后的信号γ(t)采样并获得离散时间序列数据，表示为复数序列形式{γ[r]}，其中r表示为离散时间点，将采样的数据长度记为N，计算权重系数{W(k)}，则{W(k)}＝e(-2πdk/N)；其中k表示为频域的离散频率点，e为自然对数的底数，N表示为N个频率点，d为虚数单位，通过离散变换得到频域表示的复数序列，{M(K)}，则{M(K)}＝∑{γ[r]}*{W(k*n)}；n∈[0，N-1]，则{M(K)}为输出的复离散时间序列数据，通过数模转换将数据转换为模拟信号形式，即为调制后的激光信号。
所述运算模块将调制后的目标反射信号与参考信号进行对比，得出目标反射信号的频率差信号，并发送到检测模块。
在一种可能的设计中，所述将调制后的目标反射信号与参考信号进行对比，得出目标反射信号的频率差信号，具体包括：
将调制后的激光信号表示为时域复数形式，记为m(t)＝I(t)+jQ(t)，其中I(t)和Q(t)分别表示调制信号的实部和虚部，将参考信号表示为时域复数形式，记为r(t)＝Re(t)+jIm(t)，其中Re(t)和Im(t)分别表示参考信号的实部和虚部，对实部和虚部分别进行相乘运算，得到相乘后的时域信号，x(t)＝(I(t)*Re(t))-(Q(t)*Im(t))；y(t)＝(I(t)*Im(t))+(Q(t)*Re(t))；将乘积信号表示为复数形式，即x(t)+jy(t)；其中x(t)为实部，y(t)为虚部，j为虚数单位，确定乘积信号的离散采样点数N，应用离散变换公式对乘积信号进行转换，X(k)＝(1/N)*Σ(n＝N-1)[x(n)*ej2πkn/N)]；Y(k)＝(1/N)*Σ(n＝N-1)[y(n)*ej2πkn/N]；其中k表示为频率索引，n表示为时间索引，e(-2πdk/N)为离散旋转因子，根据计算得到的X(k)，Y(k)，可以得到乘积信号在频域上的完整表示，则频域信号表示为X(k)+jY(k)。
进一步的，所述对频域信号进行频域移位，具体包括：
构造一个复指数其中f0表示为频域移位量，将频域信号与频域位移函数进行点乘，则/>Y(k)表示为进行频域移位后的频域信号，通过数学模型进行转换，即/>其中k表示为频率索引，k∈[0，N-1]，n表示为时间索引，ej2πkn/N为旋转因子，y(n)表示为变换后的时域信号，即频率差信号。
所述检测模块对目标反射信号的频率差信号进行检测和解调，获取到待测目标物体的距离，并存储至数据库中。
在一种可能的设计中，所述将频率差信号转化为数字信号，并通过数学模型计算出待测目标物体的距离，具体包括：
通过解调算法对y(n)进行解调，将频率差信号转化为数字信号，则y(n)＝Y(k)；其中k表示为频率分量的索引，根据Y(k)计算信号的幅度谱A(k)和相位谱则A(k)＝|Y(k)|，/>其中|Y(k)|表示为Y(k)的模值，arg(Y(k))表示为Y(k)的幅角，定义一个频率选择函数H(k)，用于选择希望估计相位的频率范围，H(k)是一个二进制函数，其取值为1表示选择该频率分量进行相位估计，取值为0表示不选择，将A(k)和|Y(k)|分别代入公式/> 其中θ表示为相位估计参数，n为时域采样点索引，/>表示为数字信号Y(k)的相位，从数据库中提取初始数字信号的相位，记为/>将/>和/>代入公式计算出待测目标物体的距离l，则/>其中C表示为激光信号的传播速度，f表示为频率。
如图2所示，本发明提供了一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法，具体包括以下步骤：
S1、将待测目标物体反射信号按照相同的时间间隔分成n份，对每个目标物体反射信号强度进行编号，并对目标物体反射信号强度进行方差计算，去除信号强度弱的目标物体反射信号；
S2、通过温度传感器、湿度传感器，以及气体传感器对激光脉冲发射器周围的平均温度、湿度，以及各类气体浓度进行监测，结合激光脉冲发射器周围的压强和信号的波长计算出激光脉冲发射器周围的大气折射系数；
S3、根据大气折射率对目标反射信号进行实时频率调制，形成新的离散时间序列数据，再通过数学模型的计算得出调制后的信号数据；
S4、对调制后的信号进行分析，得出输出的复离散时间序列数据，并通过数模转换将数据转换为时域信号形式，再通过离散转换将时域信号转换为频域信号；
S5、构造一个复指数，将频域信号与频域位移函数进行点乘，得到频域移位后的频域信号，将移位后的频域信号与参考信号进行对比，再经过数学模型进行转换，得到频率差信号；
S6、通过解调算法对频率差信号进行解调，将频率差信号转化为数字信号，根据得到的数字信号计算信号的幅度谱和相位谱，进而得出数字信号的相位；
S7、从数据库中提取初始数字信号的相位，将数字信号的相位与初始数字信号的相位带入数学模型，计算出待测目标物体的距离。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (9)

1.一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，其特征在于，包括：
目标确定模块：通过图像识别与处理选定目标物体，并将待测目标物体存储到数据库中；
信号预收集模块：包括信号发射单元和信号回收单元；
所述信号发射单元：从数据库中提取待测目标物体，并按照相同频率对待测目标物体发射连续激光脉冲信号；
所述信号回收单元：用于接收由待测目标物体反射回来的连续激光脉冲信号，并存储到数据库中；
信号预处理模块：提取数据库中存储的待测目标物体反射信号，对待测目标物体反射信号进行预处理，并发送到数据分析模块；
数据分析模块：接收经过预处理的目标反射信号，并通过数学模型对目标反射信号进行分析，得出大气折射系数；
频率调制模块：根据大气折射系数对目标反射信号进行实时频率调制，并将调制后的目标反射信号发送到运算模块；
运算模块：将调制后的目标反射信号与参考信号进行对比，得出目标反射信号的频率差信号，并发送到检测模块；
检测模块：对目标反射信号的频率差信号进行检测和解调，获取到待测目标物体的距离，并存储至数据库中。
2.根据权利要求1所述的一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，其特征在于，对待测目标物体反射信号进行预处理，具体的处理方式为：
A1、将待测目标物体反射信号按照相同的时间间隔分成n份，对每个目标物体反射信号强度进行编号，记为ai1，ai2，......，ain，i表示为信号强度，ain表示为第n个目标物体反射信号强度；
A2、对目标物体反射信号强度ai1，ai2，......，ain进行汇总，得到目标物体反射信号强度的平均值ai0，则
A3、对目标物体反射信号强度数据求其方差S2，则S2＝{(ai1-ai0)2+(ai2-ai0)2+…+(ain-ai0)2}/n
A4、将目标物体反射信号强度ai1，ai2，......，ain与S2进行对比，去除信号强度低于S2的目标物体反射信号，组成新的数据集aim，aim+1，......，aim+n。
3.根据权利要求1所述的一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，其特征在于，根据周围环境的温度、湿度、大气压强、空气中各类气体的浓度，以及激光脉冲的波长对大气折射系数进行分析，具体的分析步骤为：
B1、通过温度传感器对激光脉冲发射器周围的环境温度进行采样，记为WD1，WD2，......，WDn，对其求平均值，得到激光脉冲发射器周围的平均环境温度
B2、通过湿度传感器对激光脉冲发射器周围的环境湿度进行采样，记为SD1，SD2，......，SDn，对其求平均值，得到激光脉冲发射器周围的平均环境湿度
B3、已知标准状态下的大气压强为P，通过压力传感器测得激光脉冲发射器周围的环境气体压强为P0；
B4、通过气体传感器对激光脉冲发射器周围的环境气体监测，得到激光脉冲发射器周围环境各类气体的浓度，记为qjar，j＝1，2，......m，qj表示为各类气体，r＝1，2，......o，ar表示为浓度；
B5、将激光脉冲发射器发射的激光信号速度记为C，发射激光信号的频率为f，则将C和f代入公式计算出激光脉冲发射器发射的激光信号波长为α＝C/f；
B6、将上述参数代入公式计算出激光脉冲发射器周围的大气折射系数β，则其中ω1、ω2、ω3、ω4，以及ω5分别表示为温度、湿度、压强、各类气体浓度，以及波长对大区折射系数的权重，ω1+ω2+ω3+ω4+ω5＝1。
4.根据权利要求1所述的一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，其特征在于，根据大气折射率对目标反射信号进行实时频率调制，具体包括：
目标物体反射信号在经过大气的折射之后到达激光脉冲发射器周围的信号接收板上，形成新的离散时间序列数据{β*aim，β*aim+1，......，β*aim+n}，将离散时间序列数据转换为复信号表示，即每个时间点的信号值由实部和虚部组成的复数形式，将复信号表示为s(t)，则s(t)＝l(t)+dQ(t)；其中l(t)为实部，Q(t)为虚部，d表示为虚数单位，d2＝-1，定义一个复数控制信号c(t)，用于控制频率调制，将控制信号c(t)与接收到的激光信号进行复数乘法得到调制后的信号γ(t)＝c(t)*s(t)。
5.根据权利要求4所述的一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，其特征在于，对调制后的信号γ(t)进行分析，具体包括：
将调制后的信号γ(t)采样并获得离散时间序列数据，表示为复数序列形式{γ[r]}，其中r表示为离散时间点，将采样的数据长度记为N，计算权重系数{W(k)}，则{W(k)}＝e(-2πdk/N)；其中k表示为频域的离散频率点，e为自然对数的底数，N表示为N个频率点，d为虚数单位，通过离散变换得到频域表示的复数序列，{M(K)}，则{M(K)}＝∑{γ[r]}*{W(k*n)}；n∈[0，N-1]，则{M(K)}为输出的复离散时间序列数据，通过数模转换将数据转换为模拟信号形式，即为调制后的激光信号。
6.根据权利要求1所述的一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，其特征在于，将调制后的目标反射信号与参考信号进行对比，得出目标反射信号的频率差信号，具体包括：
将调制后的激光信号表示为时域复数形式，记为m(t)＝I(t)+jQ(t)，其中I(t)和Q(t)分别表示调制信号的实部和虚部，将参考信号表示为时域复数形式，记为r(t)＝Re(t)+jIm(t)，其中Re(t)和Im(t)分别表示参考信号的实部和虚部，对实部和虚部分别进行相乘运算，得到相乘后的时域信号，x(t)＝(I(t)*Re(t))-(Q(t)*Im(t))；y(t)＝(I(t)*Im(t))+(Q(t)*Re(t))；将乘积信号表示为复数形式，即x(t)+jy(t)；其中x(t)为实部，y(t)为虚部，j为虚数单位，确定乘积信号的离散采样点数N，应用离散变换公式对乘积信号进行转换，X(k)＝(1/N)*Σ(n＝N-1)[x(n)*ej2πkn/N)]；Y(k)＝(1/N)*Σ(n＝N-1)[y(n)*ej2πkn/N]；其中k表示为频率索引，n表示为时间索引，e(-2πdk/N)为离散旋转因子，根据计算得到的X(k)，Y(k)，可以得到乘积信号在频域上的完整表示，则频域信号表示为X(k)+jY(k)。
7.根据权利要求6所述的一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，其特征在于，对频域信号进行频域移位，具体包括：
构造一个复指数其中f0表示为频域移位量，将频域信号与频域位移函数进行点乘，则/>Y(k)表示为进行频域移位后的频域信号，通过数学模型进行转换，即/>其中k表示为频率索引，k∈[0，N-1]，n表示为时间索引，ej2πkn/N为旋转因子，y(n)表示为变换后的时域信号，即频率差信号。
8.根据权利要求7所述的一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，其特征在于，将频率差信号转化为数字信号，并通过数学模型计算出待测目标物体的距离，具体包括：
通过解调算法对y(n)进行解调，将频率差信号转化为数字信号，则y(n)＝Y(k)；其中k表示为频率分量的索引，根据Y(k)计算信号的幅度谱A(k)和相位谱则A(k)＝|Y(k)|，/>其中|Y(k)|表示为Y(k)的模值，arg(Y(k))表示为Y(k)的幅角，定义一个频率选择函数H(k)，用于选择希望估计相位的频率范围，H(k)是一个二进制函数，其取值为1表示选择该频率分量进行相位估计，取值为0表示不选择，将A(k)和|Y(k)|分别代入公式/> 其中θ表示为相位估计参数，n为时域采样点索引，/>表示为数字信号Y(k)的相位，从数据库中提取初始数字信号的相位，记为/>将/>和/>代入公式计算出待测目标物体的距离l，则/>其中C表示为激光信号的传播速度，f表示为频率。
9.一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法，使用如权利要求1-8所述的一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距系统，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、将待测目标物体反射信号按照相同的时间间隔分成n份，对每个目标物体反射信号强度进行编号，并对目标物体反射信号强度进行方差计算，去除信号强度弱的目标物体反射信号；
S2、通过温度传感器、湿度传感器，以及气体传感器对激光脉冲发射器周围的平均温度、湿度，以及各类气体浓度进行监测，结合激光脉冲发射器周围的压强和信号的波长计算出激光脉冲发射器周围的大气折射系数；
S3、根据大气折射率对目标反射信号进行实时频率调制，形成新的离散时间序列数据，再通过数学模型的计算得出调制后的信号数据；
S4、对调制后的信号进行分析，得出输出的复离散时间序列数据，并通过数模转换将数据转换为时域信号形式，再通过离散转换将时域信号转换为频域信号；
S5、构造一个复指数，将频域信号与频域位移函数进行点乘，得到频域移位后的频域信号，将移位后的频域信号与参考信号进行对比，再经过数学模型进行转换，得到频率差信号；
S6、通过解调算法对频率差信号进行解调，将频率差信号转化为数字信号，根据得到的数字信号计算信号的幅度谱和相位谱，进而得出数字信号的相位；
S7、从数据库中提取初始数字信号的相位，将数字信号的相位与初始数字信号的相位带入数学模型，计算出待测目标物体的距离。
CN202311470092.5A 2023-11-06 2023-11-06 一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统 Pending CN117452422A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311470092.5A CN117452422A (zh) 2023-11-06 2023-11-06 一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311470092.5A CN117452422A (zh) 2023-11-06 2023-11-06 一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117452422A true CN117452422A (zh) 2024-01-26

Family

ID=89587166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311470092.5A Pending CN117452422A (zh) 2023-11-06 2023-11-06 一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117452422A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117805791A (zh) * 2024-02-29 2024-04-02 深圳市艾礼安安防设备有限公司 基于激光引导器的激光探测器自调试方法及系统
CN117805791B (zh) * 2024-02-29 2024-06-11 深圳市艾礼安安防设备有限公司 基于激光引导器的激光探测器自调试方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4380391A (en) * 1980-09-30 1983-04-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Short pulse CO2 laser for ranging and target identification
CN105759279A (zh) * 2016-04-20 2016-07-13 深圳市速腾聚创科技有限公司 一种基于波形时域匹配的激光测距系统及方法
CN107462896A (zh) * 2017-09-07 2017-12-12 河南质量工程职业学院 一种脉冲激光侧向捕获与测量系统及方法
WO2020101233A1 (ko) * 2018-11-13 2020-05-22 한국기계연구원 가시광선 레이저와 근적외선 펄스 레이저를 이용한 거리 측정 장치 및 측정 방법
CN115616535A (zh) * 2022-10-18 2023-01-17 中国人民解放军空军预警学院雷达士官学校 一种基于巴克码调制的非相干探测激光雷达信号形式及检测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4380391A (en) * 1980-09-30 1983-04-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Short pulse CO2 laser for ranging and target identification
CN105759279A (zh) * 2016-04-20 2016-07-13 深圳市速腾聚创科技有限公司 一种基于波形时域匹配的激光测距系统及方法
CN107462896A (zh) * 2017-09-07 2017-12-12 河南质量工程职业学院 一种脉冲激光侧向捕获与测量系统及方法
WO2020101233A1 (ko) * 2018-11-13 2020-05-22 한국기계연구원 가시광선 레이저와 근적외선 펄스 레이저를 이용한 거리 측정 장치 및 측정 방법
CN115616535A (zh) * 2022-10-18 2023-01-17 中国人民解放军空军预警学院雷达士官学校 一种基于巴克码调制的非相干探测激光雷达信号形式及检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
裘园等: ""脉冲压缩在激光测距中的应用"", 《现代电子技术》, vol. 39, no. 11, 1 June 2016 (2016-06-01), pages 59 - 62 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117805791A (zh) * 2024-02-29 2024-04-02 深圳市艾礼安安防设备有限公司 基于激光引导器的激光探测器自调试方法及系统
CN117805791B (zh) * 2024-02-29 2024-06-11 深圳市艾礼安安防设备有限公司 基于激光引导器的激光探测器自调试方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110632572A (zh) 基于无意调相特性的雷达辐射源个体识别方法及装置
CN112147601B (zh) 一种基于随机森林的海面小目标检测方法
CN111242021A (zh) 一种分布式光纤振动信号特征提取与识别方法
CN112285742B (zh) 一种在频域内估算相干测风激光雷达载噪比的方法
CN111274911B (zh) 基于无线微波衰减特征迁移学习的浓雾监测方法
CN110514366B (zh) 一种小样本条件下管道微弱泄漏检测方法
CN116304912A (zh) 一种基于深度学习transformer神经网络的传感器气体浓度检测方法
CN117452422A (zh) 一种用于中远程测距的激光脉冲连续测距方法及系统
CN112785052B (zh) 基于粒子滤波算法的风速风向预测方法
CN109143245A (zh) 一种基于超声波的非接触式振动信号测量系统及其测量方法
CN108507607A (zh) 一种基于核函数的微弱信号检测方法
CN110568074B (zh) 基于非接触多点测振与Hilbert变换的风力机叶片裂纹定位方法
Grevtseva et al. Development of neural network for automatic calibration of ultrasonic thickness gauge
CN114739669A (zh) 基于太赫兹雷达的滚动轴承状态监测方法及装置
Cardona Visual Anemometry: Wind Speed Measurement Through Visual Observation of Fluid-Structure Interactions
CN113534085B (zh) 一种干涉成像高度计的海面风速和有效波高联合反演方法
Liu et al. Detection of rain/no rain condition on the ground based on radar observations
JP3142489B2 (ja) 目標運動解析方法及び目標運動解析装置
CN118011401A (zh) 声呐多谐波信号目标速度智能感知技术
CN116912243B (zh) 一种用于医疗用管的涂层质量检测方法及系统
CN112434762A (zh) 一种基于深度学习的信号攻击分析方法
Busboom et al. Towards neural network classification of terahertz measurements for determining the number of coating layers
Bo et al. Design of a Groundwater Level Monitoring System Based on Internet of Things and Image Recognition.
CN116448880A (zh) 一种狭窄区域的钢箱梁焊缝检测的信息采集装置
Fei et al. Analysis of radar emitter signal feature based on multifractal theory

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