專利名稱：一種無掃描激光探測回波信號的接收方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種目標測距方法及裝置，尤其指一種無掃描激光探測回波信號的接收方法及裝置。
背景技術：
從上世紀90年代，無掃描三維成像系統逐步成為了人們研究的熱點，它根據激光相位測距原理，使用一定發散角、強度調制的激光束照射待測區域，通過對回波信號進行相位提取獲得距離值重建目標圖像，具有價格低、重量輕、結構緊湊、可靠性高、成像速度快、分辨率高等優點，因此成為三維信息獲取技術的重要發展方向。
對于單相位疊加信號，回波信號的相位值可以通過計算得到，但是在目標距離未知的情況下，如何判斷相位的真實位置存在困難。例如，假設余弦值為l/2,那么根據反余弦取值范圍可知對應相位為r/3，但是在這里相位取值范圍在0 2ir之間，這將還出現一
個值5:i/3，因此在距離與相位差的關系""—2w中，將產生鑒相誤差。
為了獲得準確的相位信息，在這種成像方式中，通過使用多次回波與不同相位的調制信號的疊加實現鑒相。目前廣泛應用的單個光電傳感器對回波疊加信號進行三個間隔正交相位的曝光。
上述方法盡管可以解決這種距離的不確定性問題，但卻存在以下問題
1、 曝光時間增加了至少三倍，如果假設一次曝光時間為一個nT，那么總的曝光時間顯而易見為TsuF3nT，這將不能滿足快速獲取目標的要求。
2、 如果成像裝置安裝在移動平臺上將引起像移誤差。圖l為產生像移偏差的示意圖，在三次曝光時間點載有探測裝置的移動平臺移動了圖中三個位置，由于無掃描三維成像系統的特性，視場范圍也勢必相應進行移動，這就改變了探測對象造成了像移偏差
發明內容
鑒于上述現有技術所存在的問題，本發明的目的是提供一種無掃描激光探測回波信號的接收方法及裝置，可以縮減了信號采樣時間，并且避免像移偏差。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種無掃描激光探測回波信號的接收方法，包括向目標發射探測信號；
將探測獲得的目標回波信號進行分光處理分為多個子信號；
對分光處理后的多個子信號在相應的多個傳感器上進行曝光，曝光后得到相應的多個電信號；
對所述多個電信號進行分析計算，得到目標的距離值。一種無掃描激光探測回波信號的接收裝置，所述裝置包括
回波探測單元，用于探測目標回波信號，根據探測到的目標回波信號控制曝光觸發單
元；
分光單元，用于將目標回波信號進行分光處理分為多個子信號；傳感器單元，用于對分光處理后的多個子信號進行曝光；曝光觸發單元，用于觸發所述傳感器單元對多個子信號進行曝光；信號處理單元，用于對所述傳感器單元曝光后的信號，進行采集、檢測和計算。由上述本發明的技術方案可以看出，本發明將目標回波信號分為多個相位相同的子信號，然后通過同步觸發曝光獲得多個具有固定相位延遲的回波信號，根據多個曝光后的回波信號計算目標的距離。本發明縮減了信號采樣時間，并且避免像移偏差。本發明適用于在靜態平臺進行快速曝光測量的情況，也適用于在移動平臺進行測量的情況。
圖l為產生像移偏差的示意圖；圖2為本發明的一種無掃描激光探3圖3為本發明的一種無掃描激光探3圖4為本發明的一種無掃描激光探^
回波信號的接收方法的流程圖;回波信號的接收裝置的方框圖;回波信號的接收裝置的示意圖。
具體實施例方式
無掃描激光探測的目標回波信號進入本發明接收裝置前先進行準直處理，本發明使用了多個分光鏡將同一視場的目標回波信號分成多個子信號，每個子信號除強度上的差異外含有完全相同的目標相位信息。通過回波探測模塊探測目標回波信號，并根據探測到的回波信號控制曝光觸發單元，曝光觸發單元觸發所述傳感器單元對多個子信號進行固定觸發時間間隔的同步曝光，子信號曝光后轉化為電信號，信號處理單元曝光后的電信號進行分析計算，得出目標的距離值。
為便于理解，下面將結合附圖對本發明實施例的實現過程進行說明。
如圖2所示，相應的目標回波信號的接收過程可以包括
步驟l，向目標發射探測信號，探測信號經過信號強度調制；
步驟2，將探測獲得的目標回波信號進行分光處理分為多個子信號，每個子信號與目標回波信號除了強度上有差異外，相位信號都是相同的；具體地，可以將目標回波信號分為三個子信號。
步驟3，對分光處理后的多個子信號在相應的多個傳感器上進行曝光，曝光后得到相應的多個電信號；
具體地，對每個子信號在相應的多個傳感器上進行固定觸發時間間隔小于回波信號調制周期T的曝光；
進一步地，曝光的觸發時間間隔為T/4。
步驟4，對上述多個電信號進行分析計算，得到目標的距離值。相應的計算方法可以為探測信號經過調制后的功率可表示為<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，^代表信號平均功率，,為調制系數，w是調頻率。每一個像素點的回波信號功率表示為
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，^代表回波信號與發射信號之間的相位差，與目標距離r成正比， 2w， c為
大氣中的光速。S是回波信號的平均功率。
三個子信號曝光的觸發時間間隔假設為T/4，那么在相位上間隔為n/2，相當于3路同頻同相回波信號分別與3路具有/2相位延遲的方波信號耦合。方波信號按照傅立葉級數展開表示如下
<formula>formula see original document page 5</formula>
(2a)<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，G。為常數，附211+1為方波的傅立葉展開系數。
耦合后，在方波與正弦調制的回波信號同相時，光場表示為:
<formula>formula see original document page 6</formula>
傳感器曝光時間控制為回波信號調制周期T的整數倍n，以平滑所有諧波分量。其輸
出為
<formula>formula see original document page 6</formula>
根據上述三個公式推導出下面的公式
<formula>formula see original document page 6</formula>
根據此公式可以得到目標各點對應的相位差值^。再根據距離與相位差的關系
2w，即可得到目標上各點的距離值。
本發明實施例將目標回波信號進行分光處理分為三個子信號，分光后的三個子信號具 有相同的相位，然后通過同步曝光獲得三個具有固定相位延遲的回波信號，根據三個曝 光后的回波信號計算目標的距離。本發明縮減了信號采樣時間，并且避免像移偏差。
本發明還提供一種無掃描激光探測回波信號的接收裝置，無掃描激光探測的目標回波信號進入本發明接收裝置前先進行準直處理，接收裝置的結構參照圖3和圖4，可以包 括
回波探測單元l，用于探測目標回波信號，根據探測到的目標回波信號控制曝光觸發 單元4;
分光單元2，用于將目標回波信號進行分光處理，分光單元2可以包括分光鏡a、分光 鏡b和一個平面鏡，目標回波信號經過分光鏡a分成兩個子信號，其中一個子信號進入傳 感器單元3中的一個傳感器，另一個子信號再經過分光鏡b分為兩個子信號，其中一個子 信號進入傳感器單元3中的一個傳感器，另一個子信號經過平面鏡反射進入傳感器單元3 中的一個傳感器，每個子信號與目標回波信號除了強度上有差異外，其它信號特征都是 相同的；
傳感器單元3，可以包括三個光電傳感器，傳感器G1、 G2和G3，用于對分光處理單元2 分光后的三個子信號進行曝光，曝光后將三個子信號轉化為相應的電信號；
曝光觸發單元4，用于觸發所述傳感器單元3對三個子信號進行曝光，可以使三個光電 傳感器曝光的觸發時間間隔為T/4;
信號處理單元5，用于對所述傳感器單元4曝光后得到的電信號，進行采集、檢測和計算。
本發明實施例通過分光裝置將目標回波信號分為三個子信號，三個子信號具有相同的 相位，然后通過三個傳感器同步曝光獲得三個具有固定相位延遲的電信號，根據三個曝 光后的電信號計算目標的距離。本發明縮減了信號采樣時間，并且避免像移偏差。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替 換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的 保護范圍為準。
權利要求
1、一種無掃描激光探測回波信號的接收方法，其特征在于，包括向目標發射探測信號；將探測獲得的目標回波信號進行分光處理分為多個子信號；對分光處理后的多個子信號在相應的多個傳感器上進行曝光，曝光后得到相應的多個電信號；對所述多個電信號進行分析計算，得到目標的距離值。
2、 根據權利要求l所述的方法，其特征在于，對分光處理后的每個子信號在相應的多個傳感器上進行固定觸發時間間隔小于回波信號調制周期T的曝光，曝光后得到每個子信號的電信號。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述觸發時間間隔為T/4。
4、 根據權利要求l所述的方法，其特征在于，將回波信號進行分光處理分為三個子信號。
5、 一種無掃描激光探測回波信號的接收裝置，其特征在于，所述裝置包括回波探測單元，用于探測目標回波信號，根據探測到的目標回波信號控制曝光觸發單元；分光單元，用于將目標回波信號進行分光處理分為多個子信號；傳感器單元，用于對分光處理后的多個子信號進行曝光；曝光觸發單元，用于觸發所述傳感器單元對多個子信號進行曝光；信號處理單元，用于對所述傳感器單元曝光后的信號，進行采集、檢測和計算。
6、 根據權利要求5所述的接收裝置，其特征在于，所述分光單元包括至少兩個分光鏡，所述傳感器單元包括至少三個傳感器。
7、 根據權利要求5所述的接收裝置，其特征在于，所述曝光觸發單元觸發所述傳感器單元對每個子信號進行固定觸發時間間隔小于回波信號調制周期T的曝光。
8、 根據權利要求7所述的接收裝置，其特征在于，所述觸發時間間隔為T/4。
全文摘要
一種無掃描激光探測回波信號的接收方法及裝置，將目標回波信號進行分光處理分為多個子信號；對分光處理后的多個特性相同的子信號在相應的多個傳感器上進行同步觸發曝光，曝光后得到相應的多個電信號；對多個電信號進行分析計算，得到目標的距離值。本發明縮減了信號采樣時間，并且避免像移偏差。
文檔編號G01D5/26GK101533097SQ20091008211
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月14日 優先權日2009年4月14日
發明者張珂殊, 李芳菲, 強 龔 申請人:中國科學院光電研究院
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