專(zhuān)利名稱(chēng)：基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)光關(guān)聯(lián)測(cè)距系統(tǒng)，尤其涉及一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
連續(xù)光關(guān)聯(lián)測(cè)距是基于連續(xù)光測(cè)距技術(shù)和關(guān)聯(lián)技術(shù)，秉承了激光測(cè)距單色性和相干性好、方向性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且具有關(guān)聯(lián)技術(shù)抗環(huán)境干擾的特性。常見(jiàn)的連續(xù)光關(guān)聯(lián)測(cè)距包括相位法測(cè)距、偽隨機(jī)碼測(cè)距、干涉式測(cè)距和混沌激光測(cè)距。相位法激光測(cè)距通過(guò)測(cè)量連續(xù)的調(diào)制信號(hào)在待測(cè)距離上往返傳播所產(chǎn)生的相位變化來(lái)間接地測(cè)定信號(hào)傳播時(shí)間，從而求得被測(cè)的距離。相位法激光測(cè)距系統(tǒng)是用無(wú)線電波段的頻率，對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測(cè)定調(diào)制光往返測(cè)線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)，換算該相位延遲所代表的距離，即用間接方法測(cè)定出激光往返目標(biāo)所需的時(shí)間。相位法測(cè)距具有高精度的特定，一般能夠達(dá)到毫米級(jí)的精度，但是由于相位具有周期特性，所以相位法激光測(cè)距不適合探測(cè)遠(yuǎn)距離。偽隨機(jī)碼激光測(cè)距是將偽隨機(jī)碼通過(guò)幅度調(diào)制器調(diào)制到激光的幅值變化上，然后在接收端將回波信號(hào)和本地的參考信號(hào)直接進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到傳播時(shí)間并換算得到距離。其測(cè)距精度由偽隨機(jī)碼碼片速率決定，即碼片速率越高，測(cè)距精度越高。然而高速的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器一般很難超過(guò)IGbps的速率，所以偽隨機(jī)碼激光測(cè)距精度一般被限制在IOcm以上。干涉式測(cè)距原則上也是一種相位法測(cè)距，但它不是通過(guò)測(cè)量激光調(diào)制信號(hào)的相位差，而是測(cè)量未經(jīng)調(diào)制的光波本身的相位迭加關(guān)系(干涉)來(lái)測(cè)距。由于光的波長(zhǎng)極短.特別是激光的單色性高，其波長(zhǎng)值很準(zhǔn)確，所以利用干涉法測(cè)距的分辨率至少為半波長(zhǎng)，精度為微米級(jí)，干涉法測(cè)距具有精度高的特性。但是干涉法測(cè)距只能測(cè)出相對(duì)距離，要在長(zhǎng)距離進(jìn)行絕對(duì)干涉測(cè)量，多值性的鑒別非常重要但又十分困難，所以干涉法測(cè)距不適合長(zhǎng)距離的測(cè)距。混沌激光測(cè)距起源于利用混沌信號(hào)相關(guān)曲線細(xì)銳的類(lèi)沖激函數(shù)特性，K.Myneni等人在2001年首先提出利用混沌激光脈沖序列進(jìn)行測(cè)距研究，他們利用光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的混沌激光脈沖序列實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)的距離測(cè)量，但探測(cè)信號(hào)的帶寬限制了其測(cè)距精度。隨后經(jīng)過(guò)學(xué)者的大量研究，目前在混沌測(cè)距方面獲得6cm的測(cè)距精度。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、高精度的測(cè)距系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、高精度的測(cè)距系統(tǒng)。本發(fā)明提出一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)。與現(xiàn)有的連續(xù)光測(cè)距技術(shù)比較，本發(fā)明提出的基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢(shì)，由于可以計(jì)算出贗熱光場(chǎng)的二階關(guān)聯(lián)曲線的理論公式，采用了曲線擬合的方法可以大大提升其精度；其次由于贗熱光場(chǎng)二階關(guān)聯(lián)曲線具有單峰的特性，其不存在任何測(cè)量的死區(qū)；最后由于采用單光子探測(cè)和關(guān)聯(lián)測(cè)量的方式，該系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境噪聲具有良好的抗環(huán)境干擾特性。本發(fā)明的目的在于針對(duì)使用贗熱光測(cè)距的空白，提出了一種全新的基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，該系統(tǒng)所具有的高精度、無(wú)測(cè)量死區(qū)和環(huán)境干擾抗性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:本發(fā)明提供了一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，包括贗熱光源模塊、分束器、探測(cè)模塊、發(fā)射裝置、接收裝置和測(cè)距模塊，所述探測(cè)模塊包括探測(cè)器1、探測(cè)器2，其中，所述贗熱光源模塊發(fā)出光束，所述光束經(jīng)過(guò)所述分束器分成兩路，其中一路被所述探測(cè)器I接收；另外一路通過(guò)所述發(fā)射裝置準(zhǔn)直擴(kuò)束并照射目標(biāo)物體，所述目標(biāo)物體的反射回波光束被所述接收裝置接收，并輸入到所述探測(cè)器2 ;所述探測(cè)器I輸出參考信號(hào)的光電脈沖，所述探測(cè)器2輸出測(cè)量信號(hào)的光電脈沖，所述參考信號(hào)的光電脈沖和測(cè)量信號(hào)的光電脈沖發(fā)送至所述測(cè)距模塊，所述測(cè)距模塊輸出所述目標(biāo)物體相對(duì)所述測(cè)距系統(tǒng)的距離。其中，所述測(cè)距模塊采用符合測(cè)量算法和曲線擬合算法，所述符合測(cè)量算法將所述探測(cè)器I和所述探測(cè)器2的輸出進(jìn)行信號(hào)序列符合計(jì)數(shù)并得到贗熱光二階關(guān)聯(lián)曲線的樣本點(diǎn)，所述曲線擬合算法通過(guò)贗熱光場(chǎng)的理論公式將所述符合測(cè)量算法的得到的一系列樣本點(diǎn)擬合成為一條光滑的曲線，并輸出所述目標(biāo)物體相對(duì)所述測(cè)距系統(tǒng)的距離，通過(guò)所述曲線擬合算法大幅提升該測(cè)距系統(tǒng)的精度。優(yōu)選地，所述樣本點(diǎn)為2000個(gè)樣本點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述參考信號(hào)的光電脈沖和測(cè)量信號(hào)的光電脈沖到達(dá)所述測(cè)距模塊的
時(shí)間分別為h和t2，所述距離為L(zhǎng)，可以表示為
權(quán)利要求
1.一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，包括贗熱光源模塊、分束器、探測(cè)模塊、發(fā)射裝置、接收裝置和測(cè)距模塊，所述探測(cè)模塊包括探測(cè)器(I)、探測(cè)器(2)，其中，所述贗熱光源模塊發(fā)出光束，所述光束經(jīng)過(guò)所述分束器分成兩路，其中一路被所述探測(cè)器(I)接收；另外一路通過(guò)所述發(fā)射裝置準(zhǔn)直擴(kuò)束并照射目標(biāo)物體，所述目標(biāo)物體的反射回波光束被所述接收裝置接收，并輸入到所述探測(cè)器(2);所述探測(cè)器(I)輸出參考信號(hào)的光電脈沖，所述探測(cè)器(2 )輸出測(cè)量信號(hào)的光電脈沖,所述參考信號(hào)的光電脈沖和測(cè)量信號(hào)的光電脈沖發(fā)送至所述測(cè)距模塊，所述測(cè)距模塊輸出所述目標(biāo)物體相對(duì)所述測(cè)距系統(tǒng)的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)距模塊采用符合測(cè)量算法和曲線擬合算法，所述符合測(cè)量算法將所述探測(cè)器(I)和所述探測(cè)器(2)的輸出進(jìn)行信號(hào)序列符合計(jì)數(shù)并得到贗熱光二階關(guān)聯(lián)曲線的樣本點(diǎn)，所述曲線擬合算法通過(guò)贗熱光場(chǎng)的理論公式將所述符合測(cè)量算法的得到的一系列樣本點(diǎn)擬合成為一條光滑的曲線，并輸出所述目標(biāo)物體相對(duì)所述測(cè)距系統(tǒng)的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述參考信號(hào)的光電脈沖和測(cè)量信號(hào)的光電脈沖到達(dá)所述測(cè)距模塊的時(shí)間分別為h和t2，所述.言 CL eiAt-ht.)距離為L(zhǎng)，可以表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述贗熱光源模塊包括可調(diào)衰減器、透鏡、毛玻璃、針孔；通過(guò)波長(zhǎng)為780nm的半導(dǎo)體激光器發(fā)出連續(xù)激光首先經(jīng)過(guò)所述可調(diào)衰減器，然后經(jīng)過(guò)所述透鏡，匯聚至所述毛玻璃的表面，所述毛玻璃是旋轉(zhuǎn)的，激光通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)的毛玻璃產(chǎn)生贗熱光，所述贗熱光通過(guò)所述針孔輸出，所述針孔實(shí)現(xiàn)空間濾波，使得所述贗熱光通過(guò)所述針孔以后具有相同的空間特性，以減小空間關(guān)聯(lián)對(duì)時(shí)間關(guān)聯(lián)的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)的毛玻璃由馬達(dá)帶動(dòng)，調(diào)節(jié)所述馬達(dá)轉(zhuǎn)速即可改變所述毛玻璃的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，從而加速或者降低毛玻璃表面光斑處的線速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)模塊還包括對(duì)光束進(jìn)行濾波和耦合的裝置，所述濾波和耦合的裝置有兩路，所述贗熱光源模塊發(fā)出光束，所述光束經(jīng)過(guò)所述分束器分成兩路，其中一路經(jīng)過(guò)所述濾波和耦合裝置中的一路被所述探測(cè)器(I)接收；另外一路通過(guò)所述發(fā)射裝置準(zhǔn)直擴(kuò)束并照射目標(biāo)物體，所述目標(biāo)物體反射回波光束被所述接收裝置接收，并經(jīng)過(guò)所述濾波和耦合裝置中的另一路輸入到所述探測(cè)器(2);所述探測(cè)器(I)的輸出作為參考信號(hào)，所述探測(cè)器(2)的輸出作為測(cè)量信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波和耦合的裝置采用了中心波長(zhǎng)為780±2nm，帶寬為10±2nm，峰值透過(guò)率最低為50%的窄帶干涉濾波片進(jìn)行濾波。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)模塊還包括高速采集電路，所述探測(cè)器(I)和(2)的輸出經(jīng)過(guò)所述高速采集電路記錄所述參考信號(hào)的光電脈沖和測(cè)量信號(hào)的光電脈沖到達(dá)所述測(cè)距模塊的時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述符合測(cè)量算法為在測(cè)量信號(hào)時(shí)間序列標(biāo)簽中每個(gè)標(biāo)簽值上加上延時(shí)T T，選取參考信號(hào)的時(shí)間標(biāo)簽序列作為基準(zhǔn)，將參考信號(hào)時(shí)間標(biāo)簽序列中每一個(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(zhǎng)度即為符合門(mén)寬，在每一個(gè)參考信號(hào)的時(shí)間區(qū)間內(nèi)搜索具有延時(shí)％+iT的測(cè)量信號(hào)的時(shí)間標(biāo)簽，若有測(cè)量信號(hào)的時(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)路所有的時(shí)間標(biāo)簽后，即得到延時(shí)％+iT下的符合數(shù)n(T)，并根據(jù)方程
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述曲線擬合算法采用的所述贗熱光場(chǎng)理論公式為:
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)包括贗熱光源模塊、分束器、探測(cè)模塊、發(fā)射裝置、接收裝置和測(cè)距模塊；所述測(cè)距模塊采用符合測(cè)量和曲線擬合的測(cè)距方法進(jìn)行測(cè)距。本發(fā)明提出的基于贗熱光二階關(guān)聯(lián)性的測(cè)距系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、高精度的距離測(cè)量，具有高精度、無(wú)測(cè)量死區(qū)和良好的抗環(huán)境干擾特性。
文檔編號(hào)G01S7/48GK103163529SQ201310101179
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者陳霄祥, 朱俊, 石劍虹, 曾貴華 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)