[发明专利]一种基于激光脉冲波形前沿检测的测距方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于激光脉冲测距技术领域，具体涉及一种基于激光脉冲波形前沿 检测的测距方法和系统。

背景技术

激光测距(laserdistancemeasuring)是以激光器作为光源进行测距。 根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。氦氖、氩离子、氪镉等气 体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；双异质砷化镓半导体激 光器，用于红外测距；红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。 激光脉冲测距技术具有非常广泛的应用，例如测距应用、物体轮廓扫描应用等。 激光测距由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成 化，与光电测距相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重 量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。

激光脉冲测距原理是通过测量脉冲发射时间与接收时间差，来计算被测点 的距离。现有的时间测量方式，通过检波器和计时器完成。工作过程如下：激 光器启动，发射激光脉冲，通过分光镜，一小部分光直接进入接收光路，光电 转换后形成基准波，通过检波器检测到，启动计时器(通常为时钟脉冲计数器)； 另一大部分光发射出去，经测量点反射后，进入接收光路，光电转换后，放大、 整型、滤波形成回波，通过检波器检测到，计时完成。

现有技术中，激光脉冲测距的精度主要受到计时器计时精度和脉冲波形检 测精度的影响。因此，提高精度的方法为提高计时精度和提高波形检测的精度。 提高计时精度主要靠提高脉冲计数器的频率，频率越高，时间分辨率越高，计 时精度越高。另一方面，当计时精度提高到一定程度时，测距精度主要受到检 波精度的影响。由于检波方法为通常为门限检波，因此对脉冲波形的形状、幅 度有较高的要求，当检波波形一致时，精度较高。但是由于回波能量动态范围 较大，需要使用自增益控制放大器来保证检波波形的一致性。然而自增益控制 放大器需要一定的跟踪时间，因此并不适用于基于单次回波测距的动态扫描类 应用，因为回波能量变化较快，自增益放大器无法跟上。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于激光脉冲 波形前沿检测的测距方法和系统，能够在利用脉冲波形激光的单次回波进行 距离测量的应用中提高测距计算的精度，或是在高速动态扫描过程中实现高 精度的轮廓扫描。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于激光脉冲波形前 沿检测的测距方法，该方法包括以下步骤：

(1)采用高速ADC对脉冲信号的基准波和回波进行采样；

(2)将模拟波形转换成数字波形信号；

(3)采用数字信号处理的方式进行回波时延计算，从而计算出距离。

进一步，所述步骤(3)中，采用数字信号处理的方式进行回波时延计算， 从而计算出距离的具体方法包括以下步骤：

1)前沿检波步骤，检测基准波和回波的波形前沿，从而标定基准波前沿 时刻和回波前沿时刻，

2)距离差计算步骤，初步计算反射点距离，根据上述回波前沿时刻与基 准波前沿时刻的差值的一半，乘以光速，然后减去内部光路的光程，算出回 波反射点的待修正距离，

3)回波宽度计算步骤，计算回波宽度数据，用来修正上述待修正距离，

4)距离校正步骤，根据上述回波宽度数据，在距离修正表中查找修正值， 对待修正距离进行修正，修正后将计算结果输出，即得到反射点的距离值。

更进一步，所述步骤1)中，前沿检波步骤具体包括如下步骤：

第一步，启动计算窗口；

第二步，对连续m个采样点进行最小二乘直线拟合，并计算出直线的斜 率和截距；

第三步，逐点滑动计算连续m个采样点所拟合的直线斜率，若小于门限 值则继续计算；若大于门限值，则认为检测到一个波形，如果是窗口内第一 次检测到，则认为是基准波，如果是第2次检测到则认为是回波；

第四步，在斜率计算结果大于门限值条件下，如果本组的斜率计算结果 大于前一组的则继续计算下一组数据；如果小于前一组的，则认为前一组的 采样点集合为检出波形的前沿采样点，而且前一组计算得到的斜率和截距为 波形前沿拟合直线的斜率和截距；