[发明专利]一种远目标激光测距方法

说明书

本发明公开了一种远目标激光测距方法，首先将单频回波信号经过窄带滤波进行预放大处理，由欠采样转换为数字信号并进行数字相关处理，恢复出被噪声淹没的信号；基于所获得的信号，利用周期信号重构技术构造出相位估计函数，计算出目标距离值；再利用发射半连续正弦调制激光信号和游标原理，来解决单一高频测距过程中的距离模糊问题。上述方法能有效提高信噪比和测程，并对无合作目标进行高精度远距离测量，在大型工程结构、建筑结构、工业现场等方面具有重要的应用。

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种远目标激光测距方法。

背景技术

目前用于工程测量的无合作目标光学测距方法主要有相位法和脉冲法，相位法使用周期信号对激光光强进行调制，通过测量周期信号的相移来间接计算距离，精度可以达到毫米量级，测量精度高，但测程短；而脉冲法通过测量激光脉冲在目标与测距仪之间的飞行时间来计算距离，因激光脉冲持续时间短、能量集中和瞬时功率大，容易实现较长距离测量，但测距精度低。随着近年来大型或超大型结构(如桥梁、高层建筑等)日益增多，工程测量上有了高精度和远目标的要求，而上述两种方法显然都不能同时满足。

现有技术中的相位式激光测距仪，要求激光发射平均功率不能超过1mw(1级安全激光)，而接收系统受到光学接收口径(一般为φ50mm)和探测电路噪声的限制，由测距方程计算出的无合作目标测程为十几米。提高测程的最直接方法是提高接收系统的信噪比，在相位式测距系统的设计中，为了获得毫米级距离测量精度，调制频率往往设置在60MHz以上，对应的不模糊距离仅为2.5m，目前是通过双频或多个调制频率来解模糊，因而要求探测器前置放大器带宽要大于这个最高调制频率，但噪声也同时经过前置宽带放大器被放大，导致接收系统的最小可探测光功率受到限制，从而影响测程。

而采用数字相关检测方法可以提高信噪比，它是基于信号与噪声的统计特性进行检测的。在远目标时，由目标漫反射回来的信号很弱，且电路的噪声幅值和频谱是基本不变的，使得其信噪比小于1，此时利用数字相关检测可以提取出被噪声淹没的信号。但是，当回波信号的幅值小于ADC的输入范围时，这个信号将无法检测到，因此采用数字方法来提高测程是有限的。另一方面，对于数字相移测距系统，增大采样频率可以提高相位估算精度。在一个信号周期内采样点增加后，波形变得更细致，相对于原信号波形的失真就小，从而可获得期望的距离估算精度。在测距仪设计中，一个信号周期内需要数十甚至上百个采样数据。例如对于50MHz的高频调制信号，要求ADC的转换速率达到数百MHz甚至几个GHz以上，不仅ADC价格昂贵，而且后续处理的数据量也较大，使整个系统复杂化。

由此可见，随着近年来大型或超大型结构(如桥梁、高层建筑等)日益增多，工程测量上有了高精度和远目标的要求，而现有测距方法显然都不能同时满足。

发明内容

本发明的目的是提供一种远目标激光测距方法，该方法能有效提高信噪比和测程，并对无合作目标进行高精度远距离测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种远目标激光测距方法，所述方法包括：

步骤1、首先将单频回波信号经过窄带滤波进行预放大处理，由欠采样转换为数字信号并进行数字相关处理，恢复出被噪声淹没的信号；

步骤2、基于步骤1所获得的信号，利用周期信号重构技术构造出相位估计函数，计算出目标距离值；

步骤3、再利用发射半连续正弦调制激光信号和游标原理，来解决单一高频测距过程中的距离模糊问题。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法能有效提高信噪比和测程，并对无合作目标进行高精度远距离测量，在大型工程结构、建筑结构、工业现场等方面具有重要的应用。

附图说明