專利名稱：激光測距儀脈沖回波處理方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光測距領域，特別是關于一種激光測距儀脈沖回波處理方法及裝置。
背景技術：
利用高亮度、高方向性和高相干性的激光對目標作探測而進行激光直接成像技術，可以構成對地觀測或地面景物的激光直接成像三維系統(tǒng)。采用激光作有源輻射，不僅僅利用激光測距，還探測激光回波攜帶的目標反射強度信息。通過探測激光回波脈沖攜帶的目標距離和反射強度信息，可以獲得地面目標每個像元高分辨率的距離數(shù)據(jù)和灰度像。在地面景物成像中，可以很容易地得到目標地三維輪廓圖。在對地觀測成像中，結合全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導航系統(tǒng)(INS)可以直接得到地物的三維影像信息，而且，其圖像和三維坐標是完全匹配的，無需另外的地面控制點，進一步，還可以達到對目標的三維識別和分類，實現(xiàn)高分辨率、高效、準確、主動、直接地對地三維成像。激光遙感成像可以獲得很高的空間分辨率，無需內差即可獲得均勻高分辨率的數(shù)字高程圖，信息處理的效率很高。激光遙感成像以激光作有源光源，主動遙感方式較少受環(huán)境、氣候、目標光照和對比度的影像，可以全天候工作，特別適合于工程應用和軍事觀察。隨著激光器及其探測技術的日益發(fā)展，在這方面的研究與應用必將越來越廣泛。
激光成像的基本原理是向目標發(fā)射窄激光束脈沖，然后探測該目標上的被照射點的激光回波。一個回波能夠給出一個或多個目標的距離信息和灰度信息。
時間測量單元是用來測量起止信號之間的時間間隔。要想精確獲得出射激光脈沖到目標反射的激光回波之間的時間，必須確定回波脈沖的時刻，從而精確的測量出目標的距離。目前時刻鑒別的方法主要有三種前沿鑒別、恒定比值鑒別和高通容阻鑒別。前沿鑒別法是通過固定域值方式來確定起止時刻，即以脈沖前沿中強度等于所預設域值的點到達的時刻作為起止時刻。這種方法實現(xiàn)簡單，但是由脈沖幅度和形狀變化引起的漂移誤差很大。恒定比值鑒別取脈沖上升沿半高點到達的時刻為起止時刻，它可以克服前沿鑒別法中由于脈沖幅度和形狀變化引起的漂移誤差。高通容阻時刻鑒別法將接收線路輸出的信號脈沖通過一高通阻容濾波線路，原來的極值點變?yōu)榱泓c，以此作為起止時刻點。
在以上三種時刻鑒別方法中，前沿鑒別最容易實現(xiàn)，誤差也最大。恒定比值鑒別和高通容阻鑒別法實現(xiàn)起來比前沿鑒別困難。
進一步地，激光成像不僅要獲得距離信息，還要獲得灰度信息。以上的三種方法，在測距的同時本身不能直接獲取目標的灰度信息，而根據(jù)上面的介紹在激光成像過程中灰度信息是必須的。因此采用上述方法的激光測距系統(tǒng)中還需要外加一套灰度信號處理系統(tǒng)才能采集激光成像所必需的灰度信息，而這將大大增加系統(tǒng)的復雜度和造價。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于克服上述現(xiàn)有技術的困難，提供一種激光測距儀脈沖回波處理方法消除由脈沖幅度和形狀變化引起的漂移誤差。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種激光測距儀脈沖回波處理方法，包括以下步驟a.將激光主波通過固定門限以產(chǎn)生起始計數(shù)脈沖到時間測量電路，使時間測量電路的兩個時間測量通道同時開始測量；b.將激光回波放大后同時送入時間測量電路的兩個時間測量通道同時進行測量，這兩個時間測量通道均通過固定域值方式來確定停止時刻，所不同的是第一時間測量通道使用上升沿觸發(fā)，第二時間測量通道使用下降沿觸發(fā)；c.將兩個時間測量通道的測量值進行平均，得到時間測量值。
進一步的，本發(fā)明利用在激光發(fā)散角很小的情況下目標的灰度與兩個時間測量通道測量值的差有對應關系，可實現(xiàn)距離和灰度的一體化精密測量，根據(jù)測得的時間測量值以及求距離的公式，計算出所測的距離值；利用擴束鏡對所述的激光主波壓縮發(fā)散角，再根據(jù)灰度與兩個時間測量值的差的對應關系，通過差值反推出目標的灰度。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種實現(xiàn)上述激光測距儀脈沖回波處理方法的激光測距儀脈沖回波處理裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種激光測距儀脈沖回波處理裝置，由脈沖激光器、擴束鏡、接收光學系統(tǒng)、探測器及放大電路、時間測量電路和數(shù)字信號處理單元組成，所述的時間測量電路具有兩個獨立的時間測量通道，第一時間測量通道采用上升沿觸發(fā)停止計數(shù)，第二時間測量通道采用下降沿觸發(fā)停止計數(shù)。
所述的兩個時間測量通道均采用固定域值觸發(fā)，探測器及放大電路將回波脈沖同時送到時間測量電路的兩個時間測量通道；激光脈沖經(jīng)過擴束鏡壓縮發(fā)散角后經(jīng)過一個半透半反鏡將一小部分激光能量反射到主波探測器，主波探測器通過一個固定門限產(chǎn)生起始計數(shù)脈沖到時間測量電路，使時間測量電路的兩個通道時間測量同時開始測量；所述的數(shù)字信號處理單元求出兩個時間測量通道測得的值的差值，并利用這個差值算出灰度值；所述的數(shù)字信號處理單元將兩個時間測量通道測得的值進行平均，并以此算出距離值。
因為激光主波脈沖的幅度和形狀穩(wěn)定，不會引起漂移誤差，因此本發(fā)明利用激光主波脈沖產(chǎn)生計數(shù)脈沖來觸發(fā)時間測量電路工作。本發(fā)明通過對同一信號的上升沿和下降沿進行測量，可獲取兩個時間測量值。時間值的測量分辨率可以做到120ps以上，實現(xiàn)了精密測量。將這兩個時間測量值進行平均，就可以消除由脈沖幅度和形狀變化引起的漂移誤差。同時，在激光發(fā)散角很小的情況下，目標的灰度與這兩個時間測量值的差有對應關系，可以通過差值反推出目標的灰度。因為兩個時間測量值的差也是通過精密測量計算出來的，所以時間差也是精密的。故而目標的灰度測量也是精密的。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過精密時間測量電路的不同通道對同一激光回波脈沖的上升沿和下降沿進行測量，不用外加其它電路，既可以消除由脈沖幅度和形狀變化引起的漂移誤差，又可以得到目標的灰度值，實現(xiàn)了距離和灰度的一體化精密測量。系統(tǒng)使用全數(shù)字、一體化的方法，電路簡單，易于實現(xiàn)。
以下結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1為本發(fā)明的激光測距儀脈沖回波處理裝置的結構示意圖。
具體實施例方式
有關本發(fā)明的詳細說明及技術內容，現(xiàn)就結合

如下在本發(fā)明的一個實施例中，一種激光測距儀脈沖回波處理方法首先將激光主波通過固定門限以產(chǎn)生起始計數(shù)脈沖到時間測量電路，使時間測量電路的兩個時間測量通道同時開始測量。這是因為激光主波脈沖的幅度和形狀穩(wěn)定，不會引起漂移誤差。因而采用激光主波脈沖來觸發(fā)時間測量通道的工作，從根源上避免了漂移誤差的影響，同時激光主波通過固定門限的篩選，確保了觸發(fā)條件的穩(wěn)定可靠。
然后將激光回波放大后同時送入時間測量電路的兩個時間測量通道同時進行測量，這兩個時間測量通道均通過固定域值方式來確定停止時刻，所不同的是第一時間測量通道使用上升沿觸發(fā)，第二時間測量通道使用下降沿觸發(fā)；其作用是通過對同一信號的上升沿和下降沿進行測量，可獲取兩個時間測量值。時間值的測量分辨率可以做到120ps以上，實現(xiàn)了精密測量。將這兩個時間測量值進行平均，就可以消除由脈沖幅度和形狀變化引起的漂移誤差。
同時，在激光發(fā)散角很小的情況下，目標的灰度與這兩個時間測量值的差有對應關系，可以通過差值反推出目標的灰度。因為兩個時間測量值的差也是通過精密測量計算出來的，所以時間差也是精密的。故而目標的灰度測量也是精密的。
可以通過擴束鏡對激光主波壓縮發(fā)散角，實現(xiàn)激光發(fā)散角很小的條件以實現(xiàn)距離和灰度的一體化精密測量，根據(jù)測得的時間測量值以及求距離的公式，即距離等于光速乘以時間，可計算出所測的距離值；再根據(jù)灰度與兩個時間測量值的差的對應關系，通過差值反推出目標的灰度。在這里可以是在計算電路中存儲一個事先計算好的灰度與時間差的對應表，通過查表計算出灰度值；也可以是根據(jù)灰度與兩個時間測量值的差的對應關系推導出它們之間的關系公式，利用此公式根據(jù)測量值的差直接計算出灰度值。
請參閱圖1，圖1為本發(fā)明的激光測距儀脈沖回波處理裝置的結構示意圖。它由脈沖激光器、擴束鏡、接收光學系統(tǒng)、探測器及放大電路、時間測量電路和數(shù)字信號處理單元組成，所述的時間測量電路具有兩個獨立的時間測量通道，第一時間測量通道采用上升沿觸發(fā)停止計數(shù)，第二時間測量通道采用下降沿觸發(fā)停止計數(shù)。
其工作情況是脈沖激光器發(fā)射激光脈沖，激光脈沖經(jīng)過擴束鏡壓縮發(fā)散角。激光脈沖再經(jīng)過一個半透半反鏡發(fā)射出去。半透半反鏡將一小部分激光能量反射到主波探測器，主波探測器通過一個固定門限，產(chǎn)生一個起始起始計數(shù)脈沖到時間測量電路，使時間測量電路的兩個通道同時開始測量。
光學系統(tǒng)接收激光回波到探測器。探測器接收激光回波進行放大，再將回波脈沖同時送到時間測量電路的兩個通道。兩通道均采用固定域值觸發(fā)，第一時間測量通道采用上升沿觸發(fā)停止計數(shù)，第二時間測量通道采用下降沿觸發(fā)停止計數(shù)。
第一時間測量通道和第二時間測量通道的計數(shù)值送到數(shù)字信號處理單元。數(shù)字信號處理單元將計數(shù)結果進行處理，得到距離和灰度值。數(shù)字信號處理單元的距離算法是根據(jù)測得的時間測量值以及求距離的公式，即距離等于光速乘以時間，可計算出所測的距離值，這里的時間值是兩個時間測量通道測得的時間測量值進行平均所得的平均值。這里的灰度測量方法是根據(jù)灰度與兩個時間測量值的差的對應關系，通過差值反推出目標的灰度。在這里可以是在計算電路中存儲一個事先計算好的灰度與時間差的對應表，通過查表計算出灰度值；也可以是根據(jù)灰度與兩個時間測量值的差的對應關系推導出它們之間的關系公式，利用此公式根據(jù)測量值的差直接計算出灰度值。
以上所介紹的，僅僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，不能以此來限定本發(fā)明實施的范圍，即本技術領域內的一般技術人員根據(jù)本發(fā)明所作的等同的變化，以及本領域內技術人員熟知的改進、變化，都應仍屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍。
權利要求
1.一種激光測距儀脈沖回波處理方法，其特征在于包括以下步驟a.將激光主波通過固定門限以產(chǎn)生起始計數(shù)脈沖到時間測量電路，使時間測量電路的兩個時間測量通道同時開始測量；b.將激光回波放大后同時送入時間測量電路的兩個時間測量通道同時進行測量，這兩個時間測量通道均通過固定域值方式來確定停止時刻，所不同的是第一時間測量通道使用上升沿觸發(fā)，第二時間測量通道使用下降沿觸發(fā)；c.將兩個時間測量通道的測量值進行平均，得到時間測量值。d.將兩個時間測量通道的測量值取差值，可得到灰度值。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光測距儀脈沖回波處理方法，其特征在于根據(jù)測得的時間測量值以及求距離的公式，計算出所測的距離值。
3.根據(jù)權利要求1所述的激光測距儀脈沖回波處理方法，其特征在于所述的激光主波經(jīng)過擴束鏡壓縮發(fā)散角。
4.根據(jù)權利要求3所述的激光測距儀脈沖回波處理方法，其特征在于根據(jù)灰度與兩個時間測量值的差的對應關系，通過差值反推出目標的灰度。
5.一種激光測距儀脈沖回波處理裝置，由脈沖激光器、擴束鏡、接收光學系統(tǒng)、探測器及放大電路、時間測量電路和數(shù)字信號處理單元組成，其特征在于所述的時間測量電路具有兩個獨立的時間測量通道，第一時間測量通道采用上升沿觸發(fā)停止計數(shù)，第二時間測量通道采用下降沿觸發(fā)停止計數(shù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的激光測距儀脈沖回波處理裝置，其特征在于所述的兩個時間測量通道均采用固定域值觸發(fā)。
7.根據(jù)權利要求5所述的激光測距儀脈沖回波處理裝置，其特征在于探測器及放大電路將回波脈沖同時送到時間測量電路的兩個時間測量通道。
8.根據(jù)權利要求5所述的激光測距儀脈沖回波處理裝置，其特征在于激光脈沖經(jīng)過擴束鏡壓縮發(fā)散角后經(jīng)過一個半透半反鏡將一小部分激光能量反射到主波探測器，主波探測器通過一個固定門限產(chǎn)生起始計數(shù)脈沖到時間測量電路，使時間測量電路的兩個時間測量通道同時開始測量。
9.根據(jù)權利要求8所述的激光測距儀脈沖回波處理裝置，其特征在于所述的數(shù)字信號處理單元求出兩個時間測量通道測得值的差值，并利用這個差值算出灰度值。
10.根據(jù)權利要求5所述的激光測距儀脈沖回波處理裝置，其特征在于所述的數(shù)字信號處理單元將兩個時間測量通道測得的值進行平均，并以此算出距離值。
全文摘要
一種激光測距儀脈沖回波處理方法，包括以下步驟a.將激光主波通過固定門限以產(chǎn)生起始計數(shù)脈沖到時間測量電路，使其兩個時間測量通道同時開始測量；b.將激光回波放大后同時送入時間測量電路的兩個時間測量通道同時進行測量，其中，第一時間測量通道使用上升沿觸發(fā)，第二時間測量通道使用下降沿觸發(fā)；c將兩個時間測量通道的測量值進行平均，得到時間測量值；d.將兩個時間測量通道的測量值取差值，可得到灰度値。本發(fā)明消除了由脈沖幅度和形狀變化引起的漂移誤差，又可得到目標的灰度值，實現(xiàn)了距離和灰度的一體化精密測量，且電路簡單，易于實現(xiàn)。
文檔編號G01S17/08GK1580815SQ20041001849
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月20日 優(yōu)先權日2004年5月20日
發(fā)明者張立, 胡以華, 舒嶸, 陳育偉, 薛永祺, 王建宇, 張海洪 申請人:中國科學院上海技術物理研究所