[发明专利]一种预置波形匹配的高精度测距系统及方法

权利要求书

1.一种预置波形匹配的高精度测距系统，其特征在于：包括控制器、激光发射模块、APD探测器模块、放大电路、滤波电路、AD转换电路和高精度计时电路；控制器分别与激光发射模块、AD转换电路、高精度计时电路相连；APD探测器模块与放大电路相连，放大电路与滤波电路相连，滤波电路与AD转换电路相连；所述的APD探测器模块用于将目标反射的激光信号转换为电信号，放大电路及滤波电路对APD探测器模块输出的微弱回波信号进行放大及滤波，以便后续处理；AD转换电路由控制器控制，用于对采集到的回波信号进行高速模数转换，并送入控制器中进行数字处理；高精度计时电路用于对计时起止信号进行高精度测量，将结果送入控制器；控制器用于实现如下软件控制功能：(1)控制激光发射模块激光的发射；(2)AD转换电路的控制和读写；(3)根据预置波形匹配算法对AD转换电路输出的数字回波信号进行匹配操作，并进行距离数据和强度数据的提取。

2.如权利要求1所述的一种预置波形匹配的高精度测距系统，其特征在于：所述的预置波形匹配算法为，控制器事先设置的模板信号m(t)与待测回波信号f(t)进行匹配，所述的匹配是通过计算两个信号之间的相关系数c实现的，相关系数c是模板信号m(t)与待测回波信号f(t)的内积除以模板信号m(t)与待测回波信号f(t)的模的乘积的结果，从而获得的相关系数c∈[-1,1]，实际波形匹配时，当相关系数c大于预设阈值时即认为模板信号f(t)与待测回波信号m(t)一致，即波形匹配成功，否则失败；基于相关系数c的预置波形匹配算法检测到的是一组匹配成功的相似的波形，而不是某一个波形。

3.如权利要求1或2所述的一种预置波形匹配的高精度测距系统，其特征在于：距离数据提取方法如下，先通过对高精度计时电路的控制和读写进行时刻鉴别处理，产生高精度计时终止信号，再提取距离信息；

强度数据提取方法如下，先计算信号幅度，再提取强度信息。

4.一种预置波形匹配的高精度测距方法，其特征在于：用于权利要求1所述的所述的一种预置波形匹配的高精度测距系统，包括如下步骤，

步骤一：控制器发送脉冲信号触发激光发射模块发射激光，同时，发送脉冲信号的时刻作为激光发射的起始时刻输入到高精度计时电路中；

步骤二：APD探测器模块将目标反射的激光信号转换为电信号，经放大电路、滤波电路处理后进入到AD转换电路，经过高速采样后转换为数字信号；

步骤三：模数转换后的数字信号输入到控制器中，通过控制器内嵌入的预置波形匹配算法进行匹配，判断回波信号是否为所需要的信号；如果匹配成功，则进行下一步处理；如果匹配失败，转入步骤一进行下一次采集；

步骤四：对匹配成功的信号进行信息提取，通过计算信号的幅度获取强度信息；通过对信号进行时刻鉴别，产生高精度计时终止信号，输入到高精度计时电路即获得距离信息；

至此完成预置波形匹配的高精度测距。

5.如权利要求4所述的一种预置波形匹配的高精度测距方法，其特征在于：所述的预置波形匹配算法为，控制器事先设置的模板信号m(t)与待测回波信号f(t)进行匹配，所述的匹配是通过计算两个信号之间的相关系数c实现的，相关系数c是模板信号m(t)与待测回波信号f(t)的内积除以模板信号m(t)与待测回波信号f(t)的模的乘积的结果，从而获得的相关系数c∈[-1,1]，实际波形匹配时，当相关系数c大于预设阈值时即认为模板信号f(t)与待测回波信号m(t)一致，即波形匹配成功，否则失败；基于相关系数c的预置波形匹配算法检测到的是一组匹配成功的相似的波形，而不是某一个波形。