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脉冲式激光测距系统及其测距方法.pdf

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脉冲 激光 测距 系统 及其 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910042403

申请日:

20190117

公开号:

CN109633672A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: G01S17/10;G01S7/484;G01S7/486 主分类号: G01S17/10;G01S7/484;G01S7/486
申请人: 杜鑫
发明人: 杜鑫
地址: 213022 江苏省常州市新北区天山路88号
优先权:
专利代理机构: 32257 代理人: 李明
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910042403

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种脉冲式激光测距方法,其特征在于:激光测距所使用的光信号为高斯脉冲信号。本发明的脉冲式激光测距方法,由发射装置发射时域上连续、频域上能够叠加的高斯脉冲信号用于激光测距,通过测量光波发出到回波被接受之间的时间差来测量距离。使用时域上连续、频域上能够叠加的高斯脉冲信号为测距光波信号,使得内光路和外光路?#31995;?#22238;波信号可以在同一个接收装置中被顺次接收,?#28304;?#22312;确保测距精度和准确度的前提下能够?#26723;?#27979;距成本和设计复杂度,单脉冲发送、单脉冲接收的方式能够?#26723;?#23545;器件选型的难度。

权利要求书

1.一种脉冲式激光测距方法,其特征在于:激光测距所使用的光信号为高斯脉冲信号。 2.如权利要求1所述的脉冲式激光测距方法,其特征在于:所述激光测距具体包括以下步骤: (1)发射装置向目标物发射高斯脉冲信号; (2)设置在所述发射装置和目标物之间的光路选择装置对所述高斯脉冲进行处理,使得单个高斯脉冲信号的部分能量进入内光路、部分能量进入外光路; (3)接收装置?#26469;?#25509;收高斯脉冲信号在内光路中的第一回波信号和高斯脉冲信号在外光路中被目标物反射后的第二回波信号; (4)根据接收装置接收第一回波信号和第二回波信号的时间差计算待测距离。 3.如权利要求2所述的脉冲式激光测距方法,其特征在于: 计时装置记录自高斯脉冲信号发射到第一回波信号被接收的时间间隔T1、自高斯脉冲信号发射到第二回波信号被接收的时间间隔T2; 根据公式一计算待测距离D: 其中,C为光速。 4.如权利要求2所述的脉冲式激光测距方法,其特征在于:所述光路选择装置为半反半透镜。 5.如权利要求1或2所述的脉冲式激光测距方法,其特征在于:所述发射装置为脉冲式激光二极管。 6.一种脉冲式激光测距系统,包括发射装置,其特征在于:所述发射装置用于向目标物发射用于激光测距的高斯脉冲信号。 7.如权利要求6所述的脉冲式激光测距系统,其特征在于:所述系统还包括接收装置、光路选择装置和数据处理装置,所述光路选择装置设置在发射装置和目标物之间; 所述光路选择装置用于对发射装置发射的高斯脉冲信号进行处理,使得单个高斯脉冲信号的部分能量进入内光路、部分能量进入外光路; 所述接收装置用于接收高斯脉冲信号在内光路中的第一回波信号和高斯脉冲信号在外光路中被目标物反射后的第二回波信号; 所述数据处理装置用于根据接收第一回波信号和第二回波信号的时间差值计算待测距离。 8.如权利要求7所述的脉冲式激光测距系统,其特征在于:所述系统还包括计时装置,所述计时装置用于记录自高斯脉冲信号发射到第一回波信号被接收的时间间隔T1和自高斯脉冲信号发射到第二回波信号被接收的时间间隔T2; 所述数据处理装置根据公式一计算待测距离D: 其中,C为光速。 9.如权利要求7所述的脉冲式激光测距系统,其特征在于:所述光路选择装置为半反半透镜。 10.如权利要求6或7所述的脉冲式激光测距系统,其特征在于:所述发射装置为脉冲式激光二极管。

说明书


脉冲式激光测距系统及其测距方法
技术领域


本发明涉及光电测距领域,具体涉及一种脉冲式激光测距系统,以及一种脉冲式
激光测距方法。


背景技术


相位式激光测距是用调制的激光光束照射被测目标物,激光光束经被测目标物反
射后折回,将激光光束往返过程中产生?#21335;?#20301;变化换算成被测目标物的距离,其测量的准
确性和精度受测距系统内部零件特性的影响,?#28909;?#20809;电器件的发热、环境温湿度以及光电
器件的老化对光电器件性能的影响进而导致器件产生相位漂?#39057;取?#20026;?#31169;?#20915;相位式激光测
距中光电器件的老化和环境温湿度对系统测量精度和准确度影响的技术问题,中国专利公
告号为CN204044355U、CN102540170B的专利文件中公开了激光测距的内、外光路,发射装置
发射的光波经过光路切换装置切换后一部分经内光路被接收装置接收,另一部分经被测目
标物反射后折回被接收装置第二次接收,接收装置两次接收回波信号的时间差刨除了系统
误差、光电器件的老化和环境温湿度对系统的影响。由于相位式激光测距所使用的光波为
正弦波,由于正弦波在频率上不能叠加,使得接收装置必须配置两个,分别用于接收内光路
的回波信号和外光路的回波信号,?#28304;?#31867;推光电转换装置也必须配置两个,形成单发双收
或者双发双收的测距系统,结构复杂、搭建成本高,另一方面,两接收装置的一致性、两光电
转换装置的一致性均要求非常高,才能消除因自身参数差异带来的共模相位误差,对器件
的选型又提出更高的要求。


发明内容


本发明要解决的技术问题是提供一种脉冲式激光测距方法,在确保测距精度和准
确度的前提下能够?#26723;?#27979;距成本和设计复杂度,单脉冲发送、单脉冲接收的方式能够?#26723;?br>对器件选型的难度。


为?#31169;?#20915;上述技术问题,本发明提供了一种脉冲式激光测距方法,激光测距所使
用的光信号为高斯脉冲信号。


本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述激光测距具体包括以下步骤:


(1)发射装置向目标物发射高斯脉冲信号;


(2)设置在所述发射装置和目标物之间的光路选择装置对所述高斯脉冲进行处
理,使得单个高斯脉冲信号的部分能量进入内光路、部分能量进入外光路;


(3)接收装置?#26469;?#25509;收高斯脉冲信号在内光路中的第一回波信号和高斯脉冲信号
在外光路中被目标物反射后的第二回波信号;


(4)根据接收装置接收第一回波信号和第二回波信号的时间差值计算待测距离。


本发明一个较佳实施例中,进一步包括计时装置记录自高斯脉冲信号发射到第一
回波信号被接收的时间间隔T1、自高斯脉冲信号发射到第二回波信号被接收的时间间隔
T2;


根据公式一计算待测距离D:






其中,C为光速。


本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述光路选择装置为半反半透镜。


本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述发射装置为脉冲式激光二极管。


为?#31169;?#20915;上述技术问题,本发明提供了一种脉冲式激光测距系统,包括发射装置,
所述发射装置用于向目标物发射用于激光测距的高斯脉冲信号。


本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述系统还包括接收装置、光路选择装置
和数据处理装置,所述光路选择装置设置在发射装置和目标物之间;


所述光路选择装置用于对发射装置发射的高斯脉冲信号进行处理,使得单个高斯
脉冲信号的部分能量进入内光路、部分能量进入外光路;


所述接收装置用于接收高斯脉冲信号在内光路中的第一回波信号和高斯脉冲信
号在外光路中被目标物反射后的第二回波信号;


所述数据处理装置用于根据接收第一回波信号和第二回波信号的时间差值计算
待测距离。


本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述系统还包括计时装置,所述计时装置
用于记录自高斯脉冲信号发射到第一回波信号被接收的时间间隔T1和自高斯脉冲信号发
射到第二回波信号被接收的时间间隔T2;


所述数据处理装置根据公式一计算待测距离D:






其中,C为光速。


本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述光路选择装置为半反半透镜。


本发明一个较佳实施例中,进一步包括所述发射装置为脉冲式激光二极管。


本发明的脉冲式激光测距方法,由发射装置发射时域上连续、频域上能够叠加的
高斯脉冲信号用于激光测距,通过测量光波发出到回波被接受之间的时间差来测量距离。
使用时域上连续、频域上能够叠加的高斯脉冲信号为测距光波信号,使得内光路和外光路
?#31995;?#22238;波信号可以在同一个接收装置中被顺次接收,?#28304;?#22312;确保测距精度和准确度的前提
下能够?#26723;?#27979;距成本和设计复杂度,单脉冲发送、单脉冲接收的方式能够?#26723;?#23545;器件选型
的难度。


本发明的脉冲式激光测距系统,由发射装置发射时域上连续、频域上能够叠加的
高斯脉冲信号用于激光测距,通过测量光波发出到回波被接受之间的时间差来测量距离。
使用时域上连续、频域上能够叠加的高斯脉冲信号为测距光波信号,使得内光路和外光路
?#31995;?#22238;波信号可以在同一个接收装置中被顺次接收,?#28304;?#22312;确保测距精度和准确度的前提
下能够?#26723;?#27979;距成本和设计复杂度,单脉冲发送、单脉冲接收的方式能够?#26723;?#23545;器件选型
的难度。


附图说明


图1是本发明优选实施例中脉冲式激光测距系统的结构框图;


图2是用于激光测距的高斯脉冲信号的结构示意图。


具体实施方式


下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以
更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明?#21335;?#23450;。


实施例一


如图1所示,本实施例公开了一种脉冲式激光测距系统,包括发射装置、接收装置、
光路选择装置、数据处理装置和计时装置,光路选择装置设置在发射装置和被测目标物之
间。本实施例技术方案中,上述发射装置优选使用脉冲式激光二极管,脉冲式激光二极管在
激光驱动器的驱动下发射如图2所?#38236;?#39640;斯脉冲信号;上述接收装置优选使用光电二极管,
接收光信号后转换电信号。上述光路选择装置优选使用半反半透镜,照射至半反半透镜上
的光信号部分透过镜面照射至被测目标物,部分被镜面反射后被接收装置接收。


上述发射装置向被测目标物发射如图2所?#38236;?#39640;斯脉冲信号,发射装置发射的高
斯脉冲信号具有时域上连续、频域上能够叠加的特性。


设置在上述发射装置和被测目标物之间的光路选择装置对发射装置发射的高斯
脉冲信号进行处理,使得高斯脉冲信号部分进入内光路、部分进入外光路;此处需要注意的
是,光路选择装置对高斯脉冲信号进行处理,使得单个高斯脉冲信号的部分能量被光路选
择装置反射进入内光路,部分能量透过光路选择装置进入外光路。


上述接收装置接收高斯脉冲信号在内光路中的第一回波信号和高斯脉冲信号在
外光路中被目标物反射后的第二回波信号;


上述计时装置记录自高斯脉冲信号发射到第一回波信号被接收装置接收的时间
间隔T1和自高斯脉冲信号发射到第二回波信号被接收装置接收的时间间隔T2。


上述数据处理装置根据公式一计算待测距离D:






其中,C为光速。


单个高斯脉冲信号发出后部分能量进入内光路被接收装置第一次接收,部分能量
进入外光路照射至被测目标物,经被测目标物反射后被接收装置第二次接收,计时装置记
录接收装置第一次接收回波信号和第二次接收回波信号的时间差Δt(=T2-T1),根据公式

计算被测目标物的距离。


本实施例技术方案中,通过设计内光路和外光路,能够刨除系统误差、光电器件的
老化和环境温湿度对测距系统的影响,确保激光测距的测距精度和准确度。


另一方面,使用高斯脉冲信号作为激光测距的光波信号,高斯脉冲信号在时域上
具有连续性、在频域上能够叠加的特性,使得脉冲式激光测距系统为单发单收的测距系统,
相较于传统相位式激光测距系统,在确保激光测距精度和准确度的前提下能够?#26723;?#27979;距成
本和设计复杂度,单脉冲发送、单脉冲接收的方式能够?#26723;?#23545;器件选型的难度。


实施例二


本实施例公开了一种脉冲式激光测距方法,具体包括以下步骤:


(1)发射装置向目标物发射时域上连续、频域上能够叠加的高斯脉冲信号;本实施
例技术方案中,上述发射装置为脉冲式激光二极管,脉冲式激光二极管在激光驱动器的驱
动下发射高斯脉冲信号。


(2)设置在上述发射装置和目标物之间的光路选择装置对上述高斯脉冲进行处
理,使得单个高斯脉冲信号的部分能量进入内光路、部分能量进入外光路;本实施例技术方
案中,上述光路选择装置优选使用半反半透镜,单个高斯脉冲信号的部分能量被半反半透
镜反射后进入内光路、部分能量透过半反半透镜后照射进入外光路。


(3)接收装置?#26469;?#25509;收高斯脉冲信号在内光路中的第一回波信号和高斯脉冲信号
在外光路中被目标物反射后的第二回波信号;具体的,单个高斯脉冲信号发出后部分能量
进入内光路被接收装置第一次接收,部分能量进入外光路照射至被测目标物,经被测目标
物反射后被接收装置第二次接收。


(4)计时装置记录接收装置第一次接收回波信号和第二次接收回波信号的时间差
Δt;Δt=T2-T1,其中,T1为高斯脉冲信号发出至第一回波信号被接收的时间间隔;T2为高
斯脉冲信号发出至第二回波信号被接受的时间间隔。


(5)数据处理器根据根据公式一计算被测目标物的距离D:






其中,C为光速。


单个高斯脉冲信号发出后部分能量进入内光路被接收装置第一次接收,部分能量
进入外光路照射至被测目标物,经被测目标物反射后被接收装置第二次接收,计时装置记
录接收装置第一次接收回波信号和第二次接收回波信号的时间差Δt(=T2-T1),根据公式

计算被测目标物的距离。


本实施例技术方案中,通过设计内光路和外光路,能够刨除系统误差、光电器件的
老化和环境温湿度对测距系统的影响,确保激光测距的测距精度和准确度。


另一方面,使用高斯脉冲信号作为激光测距的光波信号,高斯脉冲信号在时域上
具有连续性、在频域上能够叠加的特性,使得脉冲式激光测距系统为单发单收的测距系统,
相较于传统相位式激光测距系统,在确保激光测距精度和准确度的前提下能够?#26723;?#27979;距成
本和设计复杂度,单脉冲发送、单脉冲接收的方式能够?#26723;?#23545;器件选型的难度。


以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范
围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明
的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。


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