[发明专利]双路互相关时延估计的激光测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种双路互相关时延估计的激光测量方法及装置，该方法采用互相关接收方法的双路接收光路，将来自同一目标的光信号到达接收光学系统后，经过前端光路分成两路光路，其中一路专门接收包含有背景光噪声的来自目标光的信号，另一路专门接收背景光噪声。本发明在光路结构上采用了二路接收光路，其中一路专门用于接收信号(包括噪声在内)，另一路专门用于接收同一场景下的噪声。在电信号处理上，采用接收信号与本地发射信号互相关方法处理，进一步减小各种噪声对测量的影响。提高了接收信号时延的估计精度。本发明结构简单、方法有效、计算量小、性能稳定可靠，有效提高了激光飞行时延的测量精度。

技术领域

本发明属于激光雷达信号处理领域。特别是一种在强背景光干扰下激光飞行时延测量的装置及其方法，应用与激光测距、激光成像雷达等用途。

背景技术

在现代科学技术的很多领域及至人们的日常生活中，如工业测量、道路勘探、家装设计等，非接触测距有很重要的应用价值。现代测距方法中，激光飞行时间测量技术广泛应用于激光测距、激光飞行时间测量精度的优劣直接关系到距离测量的精度和距离成像的清晰度。然而，自然界和人类的生产生活活动中，往往会造成很复杂的光、电干扰环境。如自然光及反射光，工业生产中的强电弧光、高压汞灯等各种发光源的存在，会影响光电探测的接收灵敏度，造成测量的不准确或是测量的误差。目前，大多数的手持激光测距常采用在探测器的光学窗口前段加装窄带滤光片，在电路的信号检测方法上主要采用FFT频谱分析法。然而，这些方法都有一定的局限性，主要表现在所能检测信号的信/噪比门限较高，不能检测出强背景光下微弱信号(信/噪比较低的信号)。有些检测方法中，应用单路自相关检测电路时，窄带滤光片存在非线性以及同窗内的背景光干扰存在相关性，使得检测信号的能力受到限制。在采用FFT分析进行滤波时，由于信号集中在低频部分，而噪声分布在较高频率部分。所以，可用低通滤波器进行滤除，但对于信号的高频分量则将和噪声混叠在一起不宜区分，倘若低通滤波器带宽太宽，则滤波后信号中仍会存在大量噪声。若低通滤波器带宽较窄，则可能会将一部分有用信号被当作噪声而滤除。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本次发明提出了在前段端光路上采用两路探测单元。其中一路用来接收目标信号(其中可能包含强背景光干扰)，另一路专门接收背景光，以抵消或削弱背景光噪声的影响。

本发明采用如下技术方案：

双路互相关时延估计的激光测量方法，采用互相关接收方法的双路接收光路，将来自同一目标的光信号到达接收光学系统后，经过前端光路分成两路光路，其中一路专门接收包含有背景光噪声的来自目标光的信号，另一路专门接收背景光噪声。

更进一步地，所述互相关接收方法的抗干扰性能为：

由于参考信号S₂(t)与信号S₁(t)有某种相关性，而S₂(t)与噪声n(t)没有相关性，且噪声的均值为零，则

更进一步地，所述互相关接收方法采用快速互相关接收方法，包括：

取步长为n(n＝2^k)，以n为步长在R_xy(n)中取出元素，组成新的序列R_xyN(n)，找出新的序列R_xyN(n)中的最大值MN及其位置LMN；

取步长为在R_xy(n)中以LMN为中心，以n₁为间隔，取出元素组成新序列R_xyN₁(n)找出R_xyN₁(n)中的最大值MN₁及位置LMN₁；