[发明专利]一种利用接收信号宽度修正测量误差的激光脉冲测距方法

说明书

本发明公开一种利用接收信号宽度修正测量误差的激光脉冲测距方法，包括：光源采用脉冲激光器，驱动电路驱动激光器发射窄脉宽激光脉冲，经发射光学系统整形后以一定束散角出射。目标回波信号经接收光学系统会聚到光电探测器光敏面上实现光电转换。电信号经预处理后转换为数字信号。利用FPGA移相时钟对回波进行高速采样，测量反射回波的延时与接收信号宽度。根据实际测量的接收信号宽度与延时补偿量的关系曲线，制成数据表格。测距机根据FPGA测得的前沿时刻与接收信号宽度，采用查表方式得到时刻鉴别误差，对测距结果进行校正。本发明可实现较高的测距精度，在激光测距相关领域有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种利用接收信号宽度修正测量误差的激光脉冲测距方法。

背景技术

目前激光测距方法主要是相位法和脉冲法。相位法测距虽然精度高，但是不能实现长距离的测量。而脉冲法测距具有探测距离远、对光源相干性要求低等优点，它利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点，在平均光功率相同的条件下，能够实现有限精度的长距离测量。因而被广泛地应用于建筑工程、工业、航空航天、军事、大地大气探测和机器人技术等领域。不同的应用领域对测量范围与精度有不同的要求。因此，提高激光脉冲测扣的精度就显得十分必要。

脉冲激光测距技术是通过使用具有低发散性的激光脉冲光束来对较远距离目标进行非接角式测量的测距技术。通过测量激光脉冲的飞行时间(TOF)可获得目标的距离信息。TOF方法的原理是通过测量激光脉冲在激光源与目标面间之间往返飞行的时间Δt得到目标距离。根据该定义，目标距离L的计算公式为：

式中，c为真空中的光速。

在TOF脉冲激光测距技术中，测距误差主要有两类：系统误差和随机误差。其中系统误差主要包括计时误差、时刻鉴别误差以及大气折射率误差；随机误差主要是噪声引起的误差。其中，回波强度变化引入的时刻鉴别误差是脉冲激光测距中主要的误差来源之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用接收信号宽度修正测量误差的激光脉冲测距方法，针对时刻鉴别误差的补偿，提高了测距精度，用较低的成本实现较高的测距精度，提高激光脉冲测距精度，该方法实现简单，可用于实现抗干扰性强、成本低脉冲激光测距场景。

为了达到上述目的，本发明公开了一种利用接收信号宽度修正测量误差的激光脉冲测距方法，该激光脉冲测距方法包含以下步骤：

S1、FPGA模块对回波脉冲信号进行高速采样，测量反射回波的延时与接收信号宽度；

S2、实际测量接收信号宽度与时刻鉴别误差的数据值，拟合两者之间的函数关系曲线，制成数据表格；

S3、测距机根据FPGA模块测得的延时测量值与接收信号宽度，通过查询已制成的数据表格，得到相应的时刻鉴别误差，以实现对测距结果进行校正。

优选地，所述步骤S2中，进一步包含：S21、实际测量过程通过改变目标距离与反射率，测量得到多组接收信号宽度与时刻鉴别误差的数据值，并根据该测量的多组数据拟合函数曲线；S22、根据拟合的函数曲线，横坐标以FPGA模块的最小采样时间为间隔，制作生成接收信号宽度与时刻鉴别误差之间的数据表格。

优选地，所述步骤S21中，进一步包含：通过改变目标距离与反射率，对20ns～220ns接收信号宽度范围内的时刻鉴别误差进行离散采样测量；其中，目标板采用反射率为0.3或0.9两种标准目标板，以得到大的回波强度变化范围。

优选地，所述步骤S21中，进一步包含：时刻鉴别误差Δτ与接收信号宽度ΔT拟合的函数关系式为：

其中，A＝59.365，B＝96.280，k＝42.761，则时刻鉴别误差Δτ与接收信号宽度ΔT之间近似呈e指数关系。