專利名稱：脈沖激光測距系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種小盲區脈沖激光測距系統及方法。
背景技術：
脈沖式激光測距技術具有原理簡單、測量速度快、測程遠的特點，但近距離激光測距一直是脈沖式測距的難點。當前國內外脈沖式的激光測距儀大多都設定了測距盲區，在小于一定距離的范圍內由于測量缺乏準確性，不顯示測距結果。脈沖式激光測距“盲區”的存在的主要原因是，當距離很近時，由于脈沖式激光測距的回波信號峰值功率過強，使光電接收器件飽和或接近飽和，回波信號產生了畸變，導致無法測量或結果偏差，較為先進的測距系統的盲區范圍最低不低于5米。
發明內容
發明目的:本發明的目的是為了解決一般脈沖激光測距系統在小距離內信號處理的不準確性，提供了一種精度高、盲區小的脈沖激光測距系統。技術方案:本發明所述的脈沖激光測距系統，其目的是這樣實現的，一種脈沖激光測距系統，與電源連接的各部分模塊單元包括:處理控制單元，其包括開關機電路、控制模塊和輸出模塊，控制模塊在收到操作響應后發出動作信號，并可根據時間間隔計算出系統與被測目標間的距離D ;激光發射單元，其與處理控制單元連接，接收所述控制模塊發出的動作信號，發出激光脈沖信號，同時發出s tart計時信號；激光接收單元，其接收到激光發射單元發出并經被測目標反射折回的激光脈沖信號，發出脈沖數據信號；信號處理單元，其與激光接收單元連接，接收由激光接收單元發出的脈沖數據信號，經信號放大和整形鑒別后，發出Stop計時信號；高精度計時單元，其與信號處理單元、激光發射單元、處理控制單元連接，接收由激光發射單元發出的Start計時信號和由信號處理單元發出的stop計時信號時，分別記錄時間節點，將start和stop計時信號之間的時間間隔Δ t傳送給處理控制單元。如上所述的脈沖激光測距系統，所述激光發射單元包括高壓發生器、驅動電路、半導體激光器，所述激光發射單元在收到處理控制單元的動作信號后，高壓發生器產生80 120V的高壓供驅動電路驅動半導體激光器。如上所述的脈沖激光測距系統，所述驅動電路在小于IOOns的脈寬內產生大于40A的電流，使半導體激光器釋放一個瞬時功率在30 40W的激光脈沖。如上所述的脈沖激光測距系統，所述激光接收單元為Aro光電管，由于激光脈沖經被測目標反射后，被APD光電管接收到的激光功率很微弱，APD管將其轉換為nA級的電流，信號處理單元中的前置放大電路將該微弱的電流信號放大轉換為可識別的電壓信號，經脈沖前沿鑒別電路比較確定后，產生一個stop計時信號給高精度計時單元芯片用于測量時間間隔。如上所述的脈沖激光測距系統，所述半導體激光器為LD激光器。根據如上所述脈沖激光測距系統的計算方法如下，①高精度計時單元接收的激光發射單元發出的start計時信號和由信號處理單元發出的Stop計時信號，以脈沖形式分別測出脈沖前沿(上升沿)和后沿(下降沿)的到達時間T_u和T_d ；②計算脈沖寬度Bff = T_d_T_u ；③當測量距離較近時，脈沖寬度BW值高于特定值VT時，處理控制單元根據以下公式計算出系統與被測目標間的距離D:
D = K1 [ T_u+a X In (Bff+b) ] +C1 ；當測量距離較遠時，脈沖寬度BW值低于特定值VT時，處理控制單元根據以下公式計算出系統與被測目標間的距離D:D = K2 [ (T_d+T_u) 2 ] +C2 ；VT = 50ns O < a < 10 O < b < 10 O < C1 < 500 O < C2 < 500其中，KpK2為“時間-距離轉換常數” ;a、b為校正參數；(^、C2為儀器的加常數。有益效果:本發明所述的脈沖激光測距系統，使用高精度計時單元，能準確測出激光脈沖發出和接收到的準確時間，并精確到皮秒級；同時采用信號處理單元，可以將接收到的激光脈沖進行信號放大和整形鑒別，輔以較為先進的算法，可以準確的測得較近距離之間的激光反射脈沖，使激光脈沖測距在保證一定的精度下盲區降低至I米以內。
圖1是本發明的系統結構示意圖。
具體實施例方式為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。參見圖1所示，脈沖激光測距系統，包括:處理控制單元，其包括開關機電路、控制模塊和輸出模塊，控制模塊在收到操作響應后發出動作信號，并可根據時間間隔計算出系統與被測目標間的距離D ；激光發射單元，其與處理控制單元連接，接收所述控制模塊發出的動作信號，發出激光脈沖信號，同時發出start計時信號；激光接收單元，其接收到激光發射單元發出并經被測目標反射折回的激光脈沖信號，發出脈沖數據信號；信號處理單元，其與激光接收單元連接，接收由激光接收單元發出的脈沖數據信號，經信號放大和整形鑒別后，發出Stop計時信號；高精度計時單元，其與信號處理單元、激光發射單元、處理控制單元連接，接收由激光發射單元發出的start計時信號和由信號處理單元發出的stop計時信號時，分別記錄時間節點，將start和stop計時信號之間的時間間隔Δ t傳送給處理控制單元。
如上所述的脈沖激光測距系統，所述激光發射單元包括高壓發生器、驅動電路、半導體激光器，所述激光發射單元在收到處理控制單元的動作信號后，高壓發生器產生80 120V的高壓供驅動電路驅動半導體激光器。如上所述的脈沖激光測距系統，所述驅動電路在小于IOOns的脈寬內產生大于40A的電流，使半導體激光器釋放一個瞬時功率在30 40W的激光脈沖。如上所述的脈沖激光測距系統，所述激光接收單元為Aro光電管，由于激光脈沖經被測目標反射后，被APD光電管接收到的激光功率很微弱，APD管將其轉換為nA級的電流，信號處理單元中的前置放大電路將該微弱的電流信號放大轉換為可識別的電壓信號，經脈沖前沿鑒別電路比較確定后，產生一個stop計時信號給高精度計時單元芯片用于測量時間間隔。如上所述的脈沖激光測距系統，所述半導體激光器為LD激光器。根據如上所述脈沖激光測距系統的計算方法如下，①高精度計時單元接收的激光發射單元發出的start計時信號和由信號處理單元發出的Stop計時信號，以脈沖形式分別測出脈沖前沿(上升沿)和后沿(下降沿)的到達時間T_u和T_d ；②計算脈沖寬度Bff = T_d_T_u ；③當測量距離較近時，脈沖寬度BW值高于特定值VT時，處理控制單元根據以下公式計算出系統與被測目標間的 距離D:D = K1 [ T_u+a X In (Bff+b) ] +C1 ；當測量距離較遠時，脈沖寬度BW值低于特定值VT時，處理控制單元根據以下公式計算出系統與被測目標間的距離D:D = K2 [ (T_d+T_u) 2 ] +C2 ；VT = 50ns O < a < 10 O < b < 10 O < C1 < 500 O < C2 < 500其中，KpK2為“時間-距離轉換常數” ;a、b為校正參數；(^、C2為儀器的加常數。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種脈沖激光測距系統，其特征在于，與電源連接的各部分模塊單元包括: 處理控制單元，其包括開關機電路、控制模塊和輸出模塊，控制模塊在收到操作響應后發出動作信號，并可根據時間間隔計算出系統與被測目標間的距離D ； 激光發射單元，其與處理控制單元連接，接收所述控制模塊發出的動作信號，發出激光脈沖信號，同時發出start計時信號； 激光接收單元，其接收到激光發射單元發出并經被測目標反射折回的激光脈沖信號，發出脈沖數據信號； 信號處理單元，其與激光接收單元連接，接收由激光接收單元發出的脈沖數據信號，經信號放大和整形鑒別后，發出stop計時信號； 高精度計時單元，其與信號處理單元、激光發射單元、處理控制單元連接，接收由激光發射單元發出的start計時信號和由信號處理單元發出的stop計時信號時，分別記錄時間節點，將start計時信號和stop計時信號之間的時間間隔Δ t傳送給處理控制單元。
2.根據權利要求1所述的脈沖激光測距系統，其特征在于，所述激光發射單元包括高壓發生器、驅動電路、半導體激光器，所述激光發射單元在收到處理控制單元的動作信號后，高壓發生器產生80 120V的高壓供驅動電路驅動半導體激光器。
3.根據權利要求2所述的脈沖激光測距系統，其特征在于，所述驅動電路在小于IOOns的脈寬內產生大于40A的電流，使半導體激光器釋放一個瞬時功率在30 40W的激光脈沖。
4.根據權利要 求1所述的脈沖激光測距系統，其特征在于，所述激光接收單元為Aro光電管。
5.根據權利要求2或3所述的脈沖激光測距系統，其特征在于，所述半導體激光器為LD激光器。
6.一種脈沖激光測距方法，其特征在于，包括以下步驟: ①高精度計時單元接收的激光發射單元發出的start計時信號和由信號處理單元發出的stop計時信號，以脈沖形式分別測出脈沖前沿和后沿的到達時間T_u和T_d ； ②計算脈沖寬度 Bff = T_d-T_u ； ③當測量距離較近時，脈沖寬度BW值高于特定值VT時，處理控制單元根據以下公式計算出系統與被測目標間的距離D: D = K1 [ T_u+a X In (Bff+b) ] +C1 ； 當測量距離較遠時，脈沖寬度BW值低于特定值VT時，處理控制單元根據以下公式計算出系統與被測目標間的距離D:D = K2 [ (T_d+T_u)/2] +C2 ； VT = 50ns O < a < 10 O < b < 10 O < C1 < 500 O < C2 < 500 其中，KpK2為“時間-距離轉換常數” ;a、b為校正參數為儀器的加常數。
全文摘要
本發明公開了一種小盲區的脈沖激光測距的系統及方法，配以相應的處理電路，提出一種基于脈沖式激光測距儀的小盲區信號處理方法，使用高精度計時單元，能準確測出激光脈沖發出和接收到的準確時間，并精確到皮秒級；同時采用信號處理單元，可以將接收到的激光脈沖進行信號放大和整形鑒別，輔以較為先進的算法，可以準確的測得較近距離之間的激光反射脈沖，使激光脈沖測距在保證一定的精度下盲區降低至1米以內。
文檔編號G01S17/08GK103235314SQ20131013685
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者梁立濤 申請人:常州大地測繪科技有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
