[发明专利]一种高精度激光测距距离模拟装置

说明书

本发明公开了一种高精度激光测距距离模拟装置，其中，激光测距仪的发射端发出的激光脉冲信号进入激光探测器及放大比较电路转换为电脉冲信号，产生的脉冲信号分两路分别送入FPGA模块和TDC模块，FPGA模块通过IO接口向TDC模块发送控制和通讯信息，FPGA模块通过IO接口向激光二极管及驱动电路发送脉冲驱动信号使激光二极管发光，激光二级管输出的激光信号通过分光棱镜进行分光，一路送入激光测距仪的接收端，另一路送入激光探测器，FPGA模块通过IO口与通讯模块进行通讯，通讯模块通过RS232接口与上位机进行通讯。本发明提升了装置的距离模拟精度，增强了装置的可靠性，并降低了装置的使用维护成本。

技术领域

本发明属于激光测距距离模拟技术领域，主要涉及激光测距仪的高精度激光测距距离模拟装置，该装置可以在外场环境下完成对激光测距仪的检测及标定工作。

背景技术

随着激光测距技术的快速发展，脉冲式激光测距因测程大、精度高、抗干扰能力强的特点，在军事、航空、航天等各个领域得到了广泛的应用。测距精度和测距范围是激光测距仪的两个最重要的指标，在激光测距仪的使用过程中这两个指标也会随着外界环境的变化及使用时间的增加而发生变化，因此在激光测距仪的生产研制及后期的使用过程中，通过相关地面检测方法对其进行测试成为一项重要的工作内容。

目前针对脉冲式激光测距仪参数的地面监测主要有实物目标法、光纤延迟法、光电延迟法，实物延迟法对靶标和场地都有较高的要求，而且很难对被测目标物真实距离进行精确标定，还要受到大气能见度和检测时间等因素的制约；光纤延迟法实现简单、精度高，但是用于测试的光纤长度只有固定的几组数值，模拟距离不能实时可调，难以满足大动态范围的距离模拟；光电延迟法延迟时间可通过上位机从外部注入进行调节控制，实现了模拟距离的动态调节，但由于光电延迟法中FPGA所使用的时钟多为纳秒级，很大程度上限制了光电延迟法的距离模拟精度，而且随着外界环境的变化和使用时间的延长，光学和电路中器件参数会发生变化而导致距离模拟精度降低，这些因素严重制约了光电延迟法的距离模拟精度和在恶劣环境中的使用。本发明利用分光棱镜对输出激光信号进行分光，并通过时间数字转换模块(TDC模块)对其进行测量，将纳秒级精度提高到了皮秒级，而且还削弱了因器件参数发生变化对光电延迟法模拟距离精度的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题有两个，一是一般光电激光测距距离模拟装置由于FPGA时钟引起的不确定性误差为纳秒级，模拟精度较差；二是克服一般光电激光测距距离模拟装置在使用环境发生变化或者使用时间增加时，光学和电路中器件参数会发生变化，导致模拟距离精度降低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高精度激光测距距离模拟装置，通过分光棱镜对激光二极管输出激光进行分光，并通过时间测量精度为皮秒级的TDC模块对输出激光信号进行测量，这样时钟引起的不确定性误差就由纳秒级提升到皮秒级，并且光路和电路上产生的延迟会相互抵消，在使用环境发生变化或者使用寿命较长时也能得到准确的模拟距离。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的高精度激光测距距离模拟装置，有益效果体现如下。

(一)本发明是通过通过TDC模块对探测器接收到的分光激光脉冲信号和激光测距仪发出的激光脉冲信号的时间差进行测量，TDC模块的时间测量精度最高可达到皮秒级，相对FPGA的纳秒级时间精度提高了2～3个数量级，提升了激光测距距离模拟装置的距离模拟精度。

(二)本发明是通过分光棱镜对激光二极管输出的激光进行分光，一路激光送入激光测距仪的接收端，另一路激光送入该装置的探测器端，并通过TDC模块对两个激光脉冲信号的时间差进行测量，使得信号传递在光路和电路中的延迟得以抵消，提升了装置的距离模拟精度，增强了装置的可靠性，并降低了装置的使用维护成本。

附图说明