專利名稱：基于二階相干的熱光測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱光測距方法，特別是涉及一種基于二階相干的熱光測距方法。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)I “A. McCarthy, R. J. Collins, N. J. Krichel, V. Fernandez, A. M. Wallace,and G. S. Buller, “Long-range time-of-flight scanning sensor based on high-speedtime-correlated single-photon counting, ”Appl. Opt. 48,6241-6251 (2009) ·，，公開了一種利用光場的一階相干性來實(shí)現(xiàn)距離測量，基于波長干涉儀，通過測量信號(hào)的相位漂移，可以達(dá)到亞納秒的分辨率，但是這種方式的測量范圍受到模糊距離的限制，只能到達(dá)激光波長的一半。即使使用多波長干涉，延展后的模糊距離一般也在毫米量級(jí)，顯然不足以滿足長距離測量的要求并且對與測量信號(hào)相同中心頻率的環(huán)境噪聲和干擾信號(hào)十分敏感
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的熱光測距方法測距分辨率低的不足，本發(fā)明提供一種基于二階相干的熱光測距方法。該方法利用熱光的二階相干函數(shù)g(2)(T)的單峰特性及飛秒量級(jí)的半高寬，采用離散符合測量和基于最小二乘的曲線擬合方法，可以提高測距分辨率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于二階相干的熱光測距方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟步驟一、根據(jù)輸入的時(shí)間序列標(biāo)簽進(jìn)行循環(huán)的符合運(yùn)算，得到曲線擬合所需要的一系列歸一化的時(shí)間二階相干函數(shù)的樣本點(diǎn)。在某個(gè)延時(shí)τ下，兩路時(shí)間序列的符合數(shù)和二階相干函數(shù)g(2) ( τ )有如下的關(guān)系尺(Γ')_-^77,-
/況;八2(I)式中，T是總采樣時(shí)間，δ為符合門寬，Rl和R2為探測器I和探測器2的有用光子計(jì)數(shù)率，Γι和r2為對應(yīng)探測器的暗計(jì)數(shù)率和環(huán)境噪聲引起的計(jì)數(shù)率之和，η(τ)為符合數(shù)。且當(dāng)RiAriQ = 1，2)時(shí)，方程(I)簡化為
η), 、 η{τ)S ⑴=TXD
1 、2)在一路時(shí)間序列CHO標(biāo)簽中每個(gè)標(biāo)簽值i上加上某個(gè)延時(shí)τ。選取另外一路CHl的時(shí)間標(biāo)簽序列作為基準(zhǔn)，將其中每一個(gè)時(shí)間標(biāo)簽作為一個(gè)時(shí)間區(qū)間的中點(diǎn)，而時(shí)間區(qū)間的長度即為符合門寬。在每一個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)搜索有延時(shí)τ的那路的時(shí)間標(biāo)簽，若有時(shí)間標(biāo)簽落入?yún)^(qū)間內(nèi)，則記符合數(shù)加一。搜索完信號(hào)路CHO所有的時(shí)間標(biāo)簽后，即得到某個(gè)延時(shí)τ下的符合數(shù)η(τ)，并根據(jù)方程(2)計(jì)算這個(gè)延時(shí)τ下歸一化的時(shí)間二階相干函數(shù)g(2)(T)，完成一次符合計(jì)算。調(diào)整延時(shí)τ重新計(jì)算符合數(shù)，重新進(jìn)行符合計(jì)算，直到滿足曲線擬合所需的樣本點(diǎn)數(shù)。步驟二、對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(Xi, yj (i=l，2,..，m),根據(jù)選擇擬合函數(shù)w (x),使得誤差T1 = W(Xi)-Yi平方和最小,使下式達(dá)到極小值
權(quán)利要求
1.一種基于二階相干的熱光測距方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一、根據(jù)輸入的時(shí)間序列標(biāo)簽進(jìn)行循環(huán)的符合運(yùn)算，得到曲線擬合所需要的一系列歸一化的時(shí)間二階相干函數(shù)的樣本點(diǎn)；在某個(gè)延時(shí)τ下，兩路時(shí)間序列的符合數(shù)和二階相干函數(shù)g(2)(T)有如下的關(guān)系 H(T)-Τδ( R^7lXR1+ 7l) +TSRJi2。⑴-m:(D 式中，T是總采樣時(shí)間，δ為符合門寬，Rl和R2為探測器I和探測器2的有用光子計(jì)數(shù)率，ri和r2為對應(yīng)探測器的暗計(jì)數(shù)率和環(huán)境噪聲引起的計(jì)數(shù)率之和，η( τ )為符合數(shù)；且當(dāng)Ri^iQ = 1,2)時(shí)，方程(I)簡化為"'T 漲 A(2) 在一路時(shí)間序列CHO標(biāo)簽中每個(gè)標(biāo)簽值i上加上某個(gè)延時(shí)τ ； 選取另外一路CHl的時(shí)間標(biāo)簽序列作為基準(zhǔn)，將其中每一個(gè)時(shí)間標(biāo)簽作為一個(gè)時(shí)間區(qū)間的中點(diǎn)，而時(shí)間區(qū)間的長度即為符合門寬； 在每一個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)搜索有延時(shí)τ的那路的時(shí)間標(biāo)簽，若有時(shí)間標(biāo)簽落入?yún)^(qū)間內(nèi)，則記符合數(shù)加一； 搜索完信號(hào)路CHO所有的時(shí)間標(biāo)簽后，即得到某個(gè)延時(shí)τ下的符合數(shù)η(τ)，并根據(jù)方程(2)計(jì)算這個(gè)延時(shí)τ下歸一化的時(shí)間二階相干函數(shù)g(2) ( τ )，完成一次符合計(jì)算； 調(diào)整延時(shí)τ重新計(jì)算符合數(shù)，重新進(jìn)行符合計(jì)算，直到滿足曲線擬合所需的樣本點(diǎn)數(shù)； 步驟二、對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(Xi, Yi) (i=l,2, . . . , m),根據(jù)選擇擬合函數(shù)w (X),使得誤差1^=W(Xi)-Yi平方和最小,使下式達(dá)到極小值 mm Ifiai ,a2,...,ak) = y^ r = Σ [M-''. )-yJ2(3) 式中，a i, i=l,…，k為w (X)中需要擬合的k個(gè)參數(shù)； 由旋轉(zhuǎn)毛玻璃所形成的贗熱光場據(jù)具有如下的二階相干的函數(shù) g^{T) = l + (-J—fe-(^2/p2 + 2f 名令蛾2(4)'/(I + /)2 式中，f為贗熱光與相干光光強(qiáng)的比值，Λ τ為二階相干函數(shù)峰值所對應(yīng)的值，ρ和q分別為相干光場和贗熱光場的照度參數(shù)；根據(jù)符合方法輸出一組二階相干函數(shù)的樣本值，通過曲線擬合方法，擬合出二階相干函數(shù)峰值所對應(yīng)的△ τ的值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于二階相干的熱光測距方法，用于解決現(xiàn)有的熱光測距方法測距分辨率低的技術(shù)問題。技術(shù)方案是首先進(jìn)行離散符合測量，根據(jù)輸入的時(shí)間序列標(biāo)簽進(jìn)行循環(huán)的符合運(yùn)算，得到曲線擬合所需要的一系列歸一化的時(shí)間二階相干函數(shù)的樣本點(diǎn)；再進(jìn)行基于最小二乘的曲線擬合，擬合出二階相干函數(shù)峰值所對應(yīng)的Δτ的值。由于利用熱光的二階相干函數(shù)g(2)(τ)的單峰特性及飛秒量級(jí)的半高寬，采用離散符合測量和基于最小二乘的曲線擬合方法，提高了測距分辨率和系統(tǒng)抗干擾能力。與背景技術(shù)相比較測距分辨率提升兩個(gè)精度以上。
文檔編號(hào)G01S17/08GK102866405SQ20121033738
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者彭進(jìn)業(yè), 馮曉毅, 曹正文, 霄祥, 李會(huì)方, 曾貴華, 王云江 申請人:西北工業(yè)大學(xué)