[发明专利]激光雷达高精度测距方法及系统有效

专利信息
申请号: 201911136662.0 申请日: 2019-11-19
公开(公告)号: CN110726995B 公开(公告)日: 2023-04-25
发明(设计)人: 林红章;刘伟;谢立峰;虞谦;年逸杰 申请(专利权)人: 常州市新瑞得仪器有限公司
主分类号: G01S17/08 分类号: G01S17/08;G01S7/481
代理公司: 杭州聚邦知识产权代理有限公司 33269 代理人: 周美锋
地址: 213000 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 激光雷达 高精度 测距 方法 系统
【说明书】:

发明属于测距技术领域,具体涉及一种激光雷达高精度测距方法及系统,其中激光雷达高精度测距方法,包括:发射两束激光,一束为内光路光信号,另一束为外光路光信号;将内光路光信号和外光路光信号转换为电信号后获取长度为N的采样信号;判断采样信号是否为有效信号;以及根据有效信号计算距离,实现了提高距离测量的精确程度,并且简单易于实现,降低了产品的生产成本和制造难度,受信号质量的影响较小,精度较高;随着信噪比的提高,使得距离的测量结果更加精准;而且在信号失真的特殊情况下,也有很高的精度,所以从根本上降低了产品从硬件设计上和光学设计上的难度,降低了生产成本,大大提高了产品的竞争力和生存能力。

技术领域

本发明属于测距技术领域,具体涉及一种激光雷达高精度测距方法及系统。

背景技术

激光测距是利用发射信号与接收到的目标反射信号空间传播时间确定目标距离。由仪器发射光脉冲,一部分直接进入接收光电器件,作为内光路信号,另一部分发射出去,经过目标体反射回来进入接收光电器件,作为外光路信号。激光测距通常有两种方法,一种叫脉冲测距,测量内光路信号同外光路信号相隔的时间t,可求出距离(c为光速):

L=ct/2;

测程为几公里、十几公里,甚至可达几十万公里,但是精度比较低,一般为米级或分米级。另一种是相位测距,利用周期为T的高频电振荡将测距仪的发射光源进行振幅调制,使光强随电振荡的频率周期性地明暗变化。调制光波在待测距离上往返传播,使同一瞬间的发射光与接收光产生相位差据此间接计算出距离,(如图1所示)相当于用长度为λ/2的光波尺来测距:

其中,λ为激光波长,f为激光频率;为相位差,n为正弦周期的个数;相位式激光测距装置成本低廉、组成简易、精度大、测距范围大,基本能满足大部分需求。

但仪器在实际测量中还受到多方面的影响:第一个是由于电路噪声和设计的不合理会对脉冲信号带来干扰,造成了信号不可避免的带着噪声(如图2所示),影响最后的测量精度;第二个是光学系统,光学系统的设计对仪器信号的接收有很大的影响,而光学系统的设计和生产周期都比较长,提高难度比较高,不利于扩大生产;最后一个是反射体反射能力的限制和外界因素干扰,反射体反射能力不同和干扰会造成各种形状的外光路信号(如图3所示),影响最后的测量精度,做普通测量没有太大问题,但是应用到高精度的测量环境中却略显不足。

因为上述缺点直接导致了激光信号的上升沿和下降沿并不是严格对称的。在这里我们用到了一个工具自协方差。自协方差函数是描述随机信号X(t)在任意两个不同时刻t1,t2,的取值之间的二阶混合中心矩,用来描述X(t)在两个时刻取值的起伏变化(相对与均值)的相关程度,也称为中心化的自相关函数。简单来说就是两次观察之间的相似度对它们之间的时间差的函数,找出重复模式(如被噪声掩盖的周期信号),或识别隐含在信号谐波频率中消失的基频的数学工具。它常用于信号处理中,用来分析函数或一系列值,如时域信号。

自协方差在统计学中,特定时间序列或者连续信号X(t)的自协方差是信号(时间i)与其经过时间平移的信号(时间j)之间的协方差。假设序列的期望值为E[X(t)]=μ(t),那么自协方差为:

γ(i,j)=E[(X(i)(i))(X(j)(j))];

其中E是期望值运算符;X(i)是时间i时的信号;X(j)是时间j时的信号;μ(i)是X(t)在时间i的期望值;μ(j)是X(t)在时间j的期望值;如果X(t)是二阶平稳过程,那么有更加常见的定义:

γ(k)=E[(X(i)-μ)(X(i-k)-μ)];

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