[发明专利]一种预置波形匹配的高精度测距系统及方法

说明书

本发明公开的一种预置波形匹配的高精度测距系统及方法，涉及一种关于脉冲激光测距的系统及方法，属于激光三维成像领域。本发明包括控制器、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，进行距离数据和强度数据的提取。本发明还公开一种预置波形匹配的高精度测距方法。本发明能够减小由于激光回波信号变化引起的测量误差，此外，还具有测量精度高，能同时获取目标的强度信息和距离信息的优点。

技术领域

本发明涉及一种关于脉冲激光测距的系统及方法，尤其涉及一种预置波形匹配的高精度测距系统及方法，属于激光三维成像领域。

背景技术

激光三维成像是传统成像技术与现代激光技术相结合的产物，可工作在从红外到紫外光谱段的条件下。激光三维成像的关键技术包括激光测距，一般采用脉冲激光测距。脉冲激光测距的原理是系统主动发射脉冲激光，然后通过探测器探测经目标反射的回波，测量激光飞行时间，即获得距离信息。测距的精度主要取决于激光飞行时间的测量精度，而脉冲激光易受大气和目标反射特性等的影响，导致采集到的回波信号在幅度和形状上有很大差别，从而影响时间测量的精度。因此，如何解决由于激光回波变化引起的测量误差这一问题对提升测距精度而言尤为重要。

目前关于解决激光回波变化引起的测量误差这一问题有很多相关研究，比如：CN105824029号专利“多线激光雷达”提出的波形筛选系统用于从采样数据流中筛选出满足预设波形条件的回波，并将筛选结果输出给所述时分复用数字信号处理阵列，但并未说明其采用的具体波形筛选的算法。CN103364790号专利“基于波形时域配准分析的脉冲激光测距系统和方法”提出通过波形时域配准分析测量飞行时间，但只是对波形进行重建以确定时间差，并未解决由于激光回波变化引起的测量误差这一问题。此外，一般的激光测距方法只能获取距离信息，对于激光三维成像来说还有不足之处。

发明内容

本发明公开的一种预置波形匹配的高精度测距系统及方法，目的是减小由于激光回波信号变化引起的测量误差，而提供一种预置波形匹配的高精度测距系统及方法，此外，还具有测量精度高，能同时获取目标的强度信息和距离信息的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种预置波形匹配的高精度测距系统，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。

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。