CN1327243C - 脉冲激光测距仪的目标寻找方法及其目标寻找装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲激光测距仪的目标寻找方法及其目标寻找装置，该方法包括以下步骤：发射激光信号；接收激光信号：光接收器将每次接收到的由目标物反射的激光信号及环境干扰物所产生的杂讯形成的回波，依次送入微分电路，由微分电路进行整形，将宽度小于一个时钟周期的脉冲消掉，将宽度大于一个时钟周期的脉冲约束到一个脉冲宽度，分别形成整齐但不连续的整形回波；整形回波的暂存和累加；目标寻找。该方法和装置极大的提高计算速度，不同模式，发射次数和发射时间间隔可调，提高测试距离和数据处理精度、降低杂讯和噪声、提高发射次数以及适应各种模式条件的短脉冲激光测距。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，特别是一种低信噪比下的高精度短脉冲激光测距仪的目标寻找方法及其目标寻找装置。
背景技术
激光测距是光波测距中的一种方式，现有的激光测距仪可分为脉冲式和相位式两种，中国专利局公开的一种申请号为011094486的激光测距仪，是一种能工作于含有误警率的激光测距仪的目标寻找方法和装置，它提出一种在能工作于有恒定误警率的环境下的激光测距的方法——使用数字积分技术将杂讯过滤掉，能在有杂讯的情况下找出目标的信号。
脉冲式激光测距大多采用单片机进行控制进行计算和分析利用移位寄存器进行回波存储，然后通过单片机转存到内存单元进行累加处理，发射次数固定，没有使用专用的高速信号处理器，计算速度慢，对脉冲宽度没有处理，噪声处理较差，速率低，延迟时间长，不能适应各种情况和状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脉冲激光测距仪的目标寻找方法，以提高计算速度。
本发明的另一目的在于提供一种脉冲激光测距仪的目标寻找装置。
本发明的脉冲激光测距仪的目标寻找方法，包括以下步骤：
(1)发射激光信号：根据环境状况选择环境模式，激光发射装置按照所选择环境模式预先确定的发射次数和间隔时间发射脉冲激光信号；
(2)接收激光信号：光接收器将每次接收到的由目标物反射的激光信号及环境干扰物所产生的杂讯形成的回波，依次送入微分电路，由微分电路进行整形，将宽度小于一个时钟周期的脉冲消掉，将宽度大于一个时钟周期的脉冲约束到一个时钟周期，分别形成整齐但不连续的整形回波；
(3)整形回波的暂存和累加：边发射边接收边累加，在后续的发射之前，对于前次接收到的整形回波，直接完成数据的暂存、对暂存数据的提取累加和累加数据的存储；
(4)目标寻找：最后在微处理器中启动距离计算程序，利用统计学方法，统计出回波次数，将数据进行分析统计，将数据中大于设定值的数据进行处理，排除掉小于设定值的数据，将随机和系统噪声排除，将统计以后的最大值进行检出，并根据所在地址，折换成距离数据，得出目标距离。
本发明的脉冲激光测距仪的目标寻找装置，该装置包括：
一模式选择器，模式不同，发射次数和发射时间间隔可调，用于不同模式下的测量和数据处理；
一激光发射器，用于发射脉冲激光；
一激光信号接收器，用以接收由目标物反射的激光信号及环境干扰物所产生的杂讯形成的回波；
一微分电路，用以将每次接收到的回波依次送入微分电路，由微分电路进行整形，将宽度小于一个时钟周期的脉冲消掉，将宽度大于一个时钟周期的脉冲约束到一个时钟周期，分别形成整齐但不连续的整形回波；
一时钟脉冲发生器，用以产生系统所需的时钟信号；
一累加器，用以在后续的发射之前，对于前次接收到的整形回波，直接完成数据的暂存、对暂存数据的提取累加和累加数据的存储；
一节拍发生器，使所有的累加运算在节拍的作用下进行；
一微处理器，在接收到累加结束并且全部发射次数完成以后进行取数据工作，在地址线上生成连续的地址，然后读取数据线上的数据，将数据进行分析统计，将数据中大于特定值的数据进行处理，排除掉小于特定值的数据，将随机和系统噪声排除，将统计以后的最大值进行检出，并根据所在地址，折换成距离数据。
所述的节拍发生器由一组D触发器组成。
所述的时钟脉冲发生器利用硬件锁相环PLL进行倍频处理，可以使用低频晶振进行高频运算处理，使信号处理器内部产生150MHZ或160MHZ的高频时钟。
利用双口同步RAM进行回波信号的存储；利用硬件累加器对上述RAM内存储的回波信号进行累加计算，再存储到另一双口同步RAM内。
本发明利用锁相环技术将低频晶振进行倍频；利用双口同步RAM进行回波信号的存储；利用微分电路进行回波脉冲的整形和消噪；利用节拍发生器进行节拍控制和同步；利用硬件累加器对上述RAM内存储的回波信号进行累加计算，再存储到另一双口同步RAM内；利用统计学的方法，统计出激光测距仪量程内回波次数，最后在单片机中进行数据处理，达到适合各种环境变化的目的。利用硬件进行累加计算，极大的提高计算速度，并且根据模式不同，发射次数和发射时间间隔可调，能够提高测试距离、提高数据处理精度、降低杂讯、降低噪声、提高计算速度、提高发射次数以及适应各种模式条件的短脉冲激光测距。
附图说明
图1为本发明的电路原理图；
图2为本发明利用微分电路消除噪声的波形图；
图3为节拍发生器的节拍波形图；
图4为本发明的工作程序图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的脉冲激光测距仪的目标寻找装置，参看图1，由激光发射接收电路、激光信号处理器和微处理器三部分组成。激光信号处理器中包含有节拍发生器、PLL锁相环倍频器、加法器、微分电路消零位电路、地址发生器、双口同步随机存储器(RAM)及多路开关等电子电路。节拍发生器是D触发器组成；微分电路是由两个D触发器和一个反相器组成；
连接关系如下：
微处理器部分的(110)发射请求信号连接激光信号处理器(100)的消零位电路(101)的发射请求端；(110)的地址线连接到(107)的外部地址端；(110)的数据线连接到(104)的q2[7..0]；(110)的采样结束连接到激光信号处理器(100)的地址发生器(102)的采样结束端；累加开始和累加结束分别连接到激光信号发生器(100)的相应端口；锁相环(108)的clk连接到(102)(103)(104)(105)(106)(109)的clk端；加法器(106)的q1[0]连接(103)的q1[0]，q2[7..0)连接到(104)的q2[7..0]，q3[7..0]连接到(104)的q3[7..0]；多路开关(107)的输出连接到(103)和(104)的rdaddr和wraddr端；地址发生器B的地址端连接到多路开关(107)的输入端；多路开关的内/外不地址选择受微处理器的io输出端；节拍发生器的T1，T2，T3，T4分别接地址发生器B(114)、双口同步RAM1(103)和双口同步RAM2(104)，加法器(106)的相对应的时钟端口；发射允许连接到激光发射电路(112)；激光接收电路的回波连接到激光信号处理器(100)的回波信号端。
实现本发明的目的所采取的技术方案是：激光测距装置由激光发射接收电路、激光信号处理器和微处理器三部分组成。激光信号处理器中包含有节拍发生器、PLL锁相环倍频器、加法器、微分电路消零位电路、地址发生器、双口同步随机存储器(RAM)及多路开关等电子电路。节拍发生器是D触发器组成，可以产生T1、T2、T3、T4共四组时钟脉冲，分别控制地址发生器B、RAM和加法器进行同步工作；PLL锁相环倍频器把低频晶振发出30MHz或40MHz进行5或4的倍频处理，而产生150MHz或160MHz的高频震荡脉冲，以保证高频运算的执行；微分电路是把激光接收电路接收到的回波讯号，即不同宽窄的脉冲进行整形，提前消除噪声杂波，保证了进入RAM的是不连续且齐整的脉冲信号；地址发生器不仅产生地址计数，还给微处理器发送采样结束信号，使微处理器向加法器发出累加请求，同时由RAM地址总线在时钟脉冲的上升沿读取RAM中的数据内容，然后，送至微处理器依据模式特性进行分析统计，在LCD显示屏上显示出计算结果。
短脉冲激光测距信号处理方法按以下步骤进行：
(1)程序启动，按下按键，发送发射请求给微处理器(110)，微处理器进入消零位电路(101)，使用移位寄存器进行延时，进行延时常数消除，并进行模式状态的选择；
(2)启动地址发生器A(102)，回波信号经过激光接收电路到达微分电路；
(3)启动激光发射，由微分电路对回波进行整形；
(4)地址发生器A开始运行，双口同步RAM1(103)同步开始动作，数据被写入RAM1，地址发生器完成一次地址计数周期(例如1024个地址)以后，停止；
(5)由微处理器启动累加；
(6)启动地址发生器B，在节拍发生器(109)的节拍下进行第一节拍T1的运行，产生第一个地址，并同时到达双口同步RAM1(103)和双口同步RAM2(104)的地址线；
(7)在节拍发生器的节拍下进行第二节拍T2、第三节拍T3、第四节拍T4的运行，数据打入RAM2(104)，完成一次发射累加操作；
(8)继续步骤(5)-(7)，完成所有地址的累加；
(9)计算机根据累加结束信号和该模式的发射次数，启动下一次发射，继续执行(1)-(8)的动作，直到全部发射次数结束；
(10)启动距离计算子程序，由微处理器统计分析，并送LCD显示计算结果。
按照上述方案制成的短脉冲激光测距装置及信号处理方法。利用锁相环技术对低频晶振进行倍频：利用’RAM进行回波信号储存；利用微分电路进行回波电路的整形和消噪(参看图2)；利用节拍发生器进行节拍控制和同步；利用累加器进行两种RAM的累加计算；利用统计学的方法，统计出激光测距仪量程内回波次数，最后在微处理器中进行数据处理，达到适合各种环境变化的目的，利用硬件进行累加计算，极大的提高计算速度，并且根据不同模式，发射次数可变。利用微分电路可以有效的消除尖峰信号的干扰，滤除杂波，提高信噪比，并且使回波信号可以完整的进入1个RAM单元，有效的提高了测试精度。
当发射按钮按下后，微处理器首先确定系统状态，并对相应的电路进行预充电，使电路达到稳定状态以后才发送发射请求给微处理器(110)微处理器首先进入消零位电路(101)，进行系统本身延时常数K的消除，该电路使用移位寄存器进行延时，使发射允许和启动地址发生器A(102)的时间产生一个时间差即k值；
回波信号经过激光接收电路到达微分电路，由微分电路(105)进行微分处理整形(参见图2)，将不同宽窄的脉冲进行处理，将外部脉冲整形，将小于一个时钟周期的脉冲消掉，将超过一个脉冲宽度的约束到一个脉冲宽度，保证进入RAM的是一个不连续的RAM单元。
当地址发生器开始运行时，在双口同步RAM1(103)同步开始动作，clk上升沿到来时，数据被打入RAM1中，当地址发生器完成一次地址计数以后，停止下来，并给微处理器(110)发送采样结束信号，完成第一次激光发射采样。
微处理器(110)收到采样结束信号以后，立即通知信号处理器进行累加请求，信号处理器在接收到累加请求后，启动地址发生器B(114)，在节拍发生器的节拍下进行第一节拍T1的运行，产生第一个地址；
该地址同时到达双口同步RAM1(103)和双口同步RAM2的地址线，(104)和在节拍T2的上升沿读取两个RAM中的内容；
在节拍T3的上升沿在1位+7位加法器(108)中进行加操作；
在节拍T4的上升被打入双口同步RAM2(104)，完成一个地址操作；
依次，地址发生器产生第二个地址，重复执行(1)—(4)的操作，直到完成全部地址。
节拍发生器是由一系列D触发器产生的由图3所示的波形组件，所有的累加运算在节拍的作用下进行，极大的提高速度和准确性。
累加完成以后产生累加结束信号，送微处理器；
微处理器根据模式特性产生第二次到n次激光发射操作，重复执行上述发射和累加操作。
参看图4，是激光测距装置的运行程序，具体如下：
当按下启动按键后，激光测距信号处理装置的程序就开始运行。
i)程序启动，进入步骤401，设置初始参数、模式和激光发射状态；
ii)步骤402，检测电池状态，如果在30秒内未进行操作，装置就进入超低能耗状态412步骤；
iii)步骤404，模式键按下，进行模式选择的步骤413，否则，进行步骤405；
iv)步骤406，启动激光发射；
v)步骤407，完成采样，累加，否则重做步骤406；
vi)步骤409，累加完成，并启动距离计算子程序步骤410，否则，返回步骤408；
vii)步骤411，LCD显示计算结果，程序运行结束。
Claims (5)
1、一种脉冲激光测距仪的目标寻找方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)发射激光信号：根据环境状况选择环境模式，激光发射装置按照所选择环境模式预先确定的发射次数和间隔时间发射脉冲激光信号；
(2)接收激光信号：光接收器将每次接收到的由目标物反射的激光信号及环境干扰物所产生的杂讯形成的回波，依次送入微分电路，由微分电路进行整形，将宽度小于一个时钟周期的脉冲消掉，将宽度大于一个时钟周期的脉冲约束到一个时钟周期，分别形成整齐但不连续的整形回波；
(3)整形回波的暂存和累加：边发射边接收边累加，在后续的发射之前，对于前次接收到的整形回波，直接完成数据的暂存、对暂存数据的提取累加和累加数据的存储；
(4)目标寻找：最后在微处理器中启动距离计算程序，利用统计学方法，统计出回波次数，将数据进行分析统计，将数据中大于设定值的数据进行处理，排除掉小于设定值的数据，将随机和系统噪声排除，将统计以后的最大值进行检出，并根据所在地址，折换成距离数据，得出目标距离。
2、一种脉冲激光测距仪的目标寻找装置，其特征在于：该装置包括：
一模式选择器，模式不同，发射次数和发射时间间隔可调，用于不同模式下的测量和数据处理；
一激光发射器，用于发射脉冲激光；
一激光信号接收器，用以接收由目标物反射的激光信号及环境干扰物所产生的杂讯形成的回波；
一微分电路，用以将每次接收到的回波依次送入微分电路，由微分电路进行整形，将宽度小于一个时钟周期的脉冲消掉，将宽度大于一个时钟周期的脉冲约束到一个时钟周期，分别形成整齐但不连续的整形回波；
一时钟脉冲发生器，用以产生系统所需的时钟信号；
一累加器，用以在后续的发射之前，对于前次接收到的整形回波，直接完成数据的暂存、对暂存数据的提取累加和累加数据的存储；
一节拍发生器，使所有的累加运算在节拍的作用下进行；
一微处理器，在接收到累加结束并且全部发射次数完成以后进行取数据工作，在地址线上生成连续的地址，然后读取数据线上的数据，将数据进行分析统计，将数据中大于特定值的数据进行处理，排除掉小于特定值的数据，将随机和系统噪声排除，将统计以后的最大值进行检出，并根据所在地址，折换成距离数据。
3、根据权利要求2所述的脉冲激光测距仪的目标寻找装置，其特征在于：所述的节拍发生器由一组D触发器组成。
4、根据权利要求2所述的脉冲激光测距仪的目标寻找装置，其特征在于：所述的时钟脉冲发生器利用硬件锁相环PLL进行倍频处理，可以使用低频晶振进行高频运算处理，使信号处理器内部产生150MHZ或160MHZ的高频时钟。
5、根据权利要求2所述的脉冲激光测距仪的目标寻找装置，其特征在于：利用双口同步RAM进行回波信号的存储；利用硬件累加器对上述RAM内存储的回波信号进行累加计算，再存储到另一双口同步RAM内。
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