自適應(yīng)激光測(cè)距裝置及其測(cè)距方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了激光測(cè)距領(lǐng)域內(nèi)的一種自適應(yīng)激光測(cè)距裝置包括：激光接收器、激光發(fā)射器、信號(hào)處理器、顯示器、對(duì)外接口、光電探測(cè)器電源、發(fā)射器電源，自適應(yīng)測(cè)距方法通過(guò)調(diào)節(jié)光電探測(cè)器工作電壓與電路增益，實(shí)現(xiàn)氣溫與背景的自適應(yīng)；通過(guò)調(diào)節(jié)電路增益和激光功率，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)反射信號(hào)強(qiáng)弱的自適應(yīng)；通過(guò)波形濾波方法，濾除與設(shè)定目標(biāo)信號(hào)波形特性不一致的噪聲或干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)惡劣天氣工作的自適應(yīng)；通過(guò)噪聲確定的閾值判斷目標(biāo)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)測(cè)距功能，最終實(shí)現(xiàn)在任何規(guī)定的環(huán)境下，滿足測(cè)程和測(cè)量精度的要求，該測(cè)距方法可用于各種激光測(cè)距儀中。
【專利說(shuō)明】自適應(yīng)激光測(cè)距裝置及其測(cè)距方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測(cè)距裝置，特別涉及一種激光測(cè)距裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著新型激光器的誕生，多脈沖激光測(cè)距成為一種新的測(cè)距技術(shù)。專利 ZL200410060408. 4,闡述了利用脈沖二進(jìn)制累積方法進(jìn)行測(cè)距的技術(shù)，測(cè)距能力比以往單 脈沖激光測(cè)距機(jī)有較大提高。申請(qǐng)?zhí)枮?00710139189. 2的專利闡述了利用視頻累積方法 進(jìn)行測(cè)距的技術(shù)，測(cè)距能力又有新的提高。但兩個(gè)專利都沒(méi)有提到對(duì)環(huán)境自適應(yīng)的技術(shù)方 法。從軍事應(yīng)用的角度，除了測(cè)程要求外，還有可靠性的要求，環(huán)境適應(yīng)能力是可靠性的一 個(gè)重要方面，即要求：（1)能適應(yīng)較寬的工作溫度范圍，如零下五十度和零上七十度條件下 可靠工作；（2)在雨天霧天工作時(shí)不出現(xiàn)測(cè)量距離錯(cuò)誤；（3)在強(qiáng)烈的背景雜光下工作，不 出現(xiàn)測(cè)量距離錯(cuò)誤；（4)在目標(biāo)距離近、目標(biāo)反射率高、能見(jiàn)度又好的條件下工作，不出現(xiàn) 距離精度超差的現(xiàn)象；（5)具有多目標(biāo)測(cè)距功能。顯然，目前現(xiàn)有的工業(yè)用和民用激光測(cè)距 裝置，都不具備苛刻環(huán)境的自適應(yīng)能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種可測(cè)距離遠(yuǎn)、具有多目標(biāo)測(cè)距功能，同時(shí)又具有苛刻 環(huán)境自適應(yīng)能力的激光測(cè)距裝置及其測(cè)距方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種自適應(yīng)激光測(cè)距裝置及其測(cè)距方法，所述測(cè)距 方法，包括以下步驟： (1) 激光接收器接收目標(biāo)反射的激光信號(hào)，獲得噪聲與目標(biāo)信號(hào)的混雜信號(hào)； (2) 對(duì)混雜信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字混雜信號(hào)； (3) 存貯數(shù)字混雜信號(hào)； (4) 對(duì)數(shù)字混雜信號(hào)進(jìn)行累積，得到累積信號(hào)； (5) 對(duì)累積信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，得到數(shù)字濾波信號(hào)； (6) 判斷數(shù)字濾波信號(hào)中是否有信號(hào)大于等于閾值Kf將大于閾值信號(hào)作為目標(biāo) 信號(hào)； (7) 根據(jù)目標(biāo)信號(hào)的時(shí)間地址，分別計(jì)算每一目標(biāo)距離； (8 )將目標(biāo)距離值送顯示器顯示，或存儲(chǔ)起來(lái)，或通過(guò)對(duì)外接口輸出； (9)如果不存在大于閾值的目標(biāo)信號(hào)，那么，輸出或顯示無(wú)目標(biāo)信號(hào)； 所述測(cè)距裝置包括： 激光接收器，用于接收目標(biāo)反射的脈沖激光信號(hào)，并將激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將電信 號(hào)放大后，輸出目標(biāo)信號(hào)與噪聲的混雜信號(hào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)增益的控制； 激光發(fā)射器，用于按設(shè)定的數(shù)量和方式發(fā)射脈沖激光； 信號(hào)處理器，用于發(fā)生激光測(cè)距裝置工作時(shí)序和執(zhí)行本發(fā)明的自適應(yīng)測(cè)距方法； 顯示器，用于顯示距離值； 對(duì)外接口，用于外接工作電源和輸出距離值； 光電探測(cè)器電源，用于為光電管提供工作電源，同時(shí)通過(guò)光電探測(cè)器工作電壓的調(diào)節(jié)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)增益的控制； 發(fā)射器電源，用于為激光發(fā)射器提供工作電源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光發(fā)射器輸出功率的調(diào) -K- T； 所述的信號(hào)處理器分別與激光接收器、激光發(fā)射器、顯示器、對(duì)外接口、光電探測(cè)器電 源、發(fā)射器電源相連接，所述的光電探測(cè)器電源與激光接收器相連接，所述的發(fā)射器電源與 激光發(fā)射器相連接。
[0005] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明中測(cè)距裝置運(yùn)用自適應(yīng)測(cè)距方 法，通過(guò)調(diào)節(jié)光電探測(cè)器工作電壓和電路增益，實(shí)現(xiàn)氣溫與背景光的自適應(yīng)；通過(guò)調(diào)節(jié)電路 增益和調(diào)節(jié)激光功率，實(shí)現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)弱的自適應(yīng)；通過(guò)波形濾波方法，濾除與設(shè)定目標(biāo)信號(hào)波 形特性不一致的噪聲或干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)惡劣天氣工作的自適應(yīng)；通過(guò)信噪比確定的閾值判 斷目標(biāo)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)測(cè)距功能；最終保證激光測(cè)距裝置在任何要求的環(huán)境下，滿足要求 的測(cè)程和測(cè)量精度指標(biāo)。本發(fā)明可用于距離測(cè)量中。
[0006] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟（1)之前還包括： (la)設(shè)定發(fā)射激光脈沖數(shù)量M; (110將1分成若干組附、吧、……Nn(η>2); (Ic)激光發(fā)射器按組發(fā)射脈沖激光； 步驟（3)之前還包括： (3a)設(shè)定噪聲量值范圍和信號(hào)量值范圍； (3b)判斷數(shù)字混雜信號(hào)量值是否超出設(shè)定的噪聲量值范圍，如果實(shí)際噪聲超出設(shè)定的 噪聲量值范圍，則調(diào)節(jié)光電探測(cè)器工作電壓或電路增益，使數(shù)字混雜信號(hào)量值在設(shè)定的噪 聲量值范圍內(nèi)； (3c)判斷數(shù)字混雜信號(hào)幅度是否超出設(shè)定的信號(hào)量值范圍，如果數(shù)字混雜信號(hào)幅度超 出設(shè)定的信號(hào)量值范圍，則調(diào)節(jié)電路增益或激光功率，使信號(hào)幅度在設(shè)定的信號(hào)量值范圍 內(nèi)； 步驟（5)之前還包括： (5a)預(yù)先設(shè)定目標(biāo)信號(hào)的波形特性和濾波方案； (5b)濾除與設(shè)定目標(biāo)信號(hào)的波形特性或?yàn)V波方案不一致的噪聲或干擾信號(hào)； 步驟（9)之前還包括： (9a)如果不存在大于閾值的目標(biāo)信號(hào)，那么，判斷已經(jīng)發(fā)射的激光脈沖數(shù)量是否小 于設(shè)定發(fā)射脈沖數(shù)M，如果發(fā)射的激光脈沖數(shù)量小于設(shè)定發(fā)射脈沖數(shù)M，就繼續(xù)發(fā)射脈沖激 光，然后重復(fù)步驟（1)?（8)的操作。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟（6)的閾值Kj茜足公式（I)、公式（II)和公式 (III)：

【權(quán)利要求】
1. 一種自適應(yīng)測(cè)距方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 激光接收器接收目標(biāo)反射的激光信號(hào)，獲得噪聲與目標(biāo)信號(hào)的混雜信號(hào)； (2) 對(duì)混雜信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字混雜信號(hào)； (3) 存貯數(shù)字混雜信號(hào)； (4) 對(duì)數(shù)字混雜信號(hào)進(jìn)行累積，得到累積信號(hào)； (5) 對(duì)累積信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，得到數(shù)字濾波信號(hào)； (6) 判斷數(shù)字濾波信號(hào)中是否有信號(hào)大于等于閾值Kf將大于閾值4。的信號(hào)作為目標(biāo) 信號(hào)； (7) 根據(jù)目標(biāo)信號(hào)的時(shí)間地址，分別計(jì)算每一目標(biāo)距離； (8 )將目標(biāo)距離值送顯示器顯示，或存儲(chǔ)起來(lái)，或通過(guò)對(duì)外接口輸出； (9)如果不存在大于閾值匕。的目標(biāo)信號(hào)，那么，輸出或顯示無(wú)目標(biāo)信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)測(cè)距方法，其特征在于， 步驟（1)之前還包括： (la)設(shè)定發(fā)射激光脈沖數(shù)量M; (110將11分成若干組附、吧、……Nn(n>2); (lc)激光發(fā)射器按組發(fā)射脈沖激光； 步驟（3)之前還包括： (3a)設(shè)定噪聲量值范圍和信號(hào)量值范圍； (3b)判斷數(shù)字混雜信號(hào)量值是否超出設(shè)定的噪聲量值范圍，如果實(shí)際噪聲超出設(shè)定的 噪聲量值范圍，則調(diào)節(jié)光電探測(cè)器工作電壓或電路增益，使數(shù)字混雜信號(hào)量值在設(shè)定的噪 聲量值范圍內(nèi)； (3c)判斷數(shù)字混雜信號(hào)幅度是否超出設(shè)定的信號(hào)量值范圍，如果數(shù)字混雜信號(hào)幅度超 出設(shè)定的信號(hào)量值范圍，則調(diào)節(jié)電路增益或激光功率，使信號(hào)幅度在設(shè)定的信號(hào)量值范圍 內(nèi)； 步驟（5)之前還包括： (5a)預(yù)先設(shè)定目標(biāo)信號(hào)的波形特性和濾波方案； (5b)濾除與設(shè)定目標(biāo)信號(hào)的波形特性或?yàn)V波方案不一致的噪聲或干擾信號(hào)； 步驟（9)之前還包括： (9a)如果不存在大于閾值匕。的目標(biāo)信號(hào)，那么，判斷已經(jīng)發(fā)射的激光脈沖數(shù)量是否小 于設(shè)定發(fā)射脈沖數(shù)M，如果發(fā)射的激光脈沖數(shù)量小于設(shè)定發(fā)射脈沖數(shù)M，就繼續(xù)發(fā)射脈沖激 光，然后重復(fù)步驟（1)?（8)的操作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的自適應(yīng)測(cè)距方法，其特征在于， 步驟（6)的閾值Kj茜足公式（I)、公式（II)和公式(III):
式中：FAR為誤報(bào)率；Ns為一幀數(shù)據(jù)的采樣數(shù)；erf為誤差函數(shù)；Pd為探測(cè)概率；SNR為 信噪比；TNR為閾噪比；Vn為噪聲數(shù)據(jù)。
4. 一種自適應(yīng)激光測(cè)距裝置，其特征在于，包括： 激光接收器（1)，用于接收目標(biāo)反射的脈沖激光信號(hào)，并將激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將 電信號(hào)放大后，輸出目標(biāo)信號(hào)與噪聲的混雜信號(hào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)增益的控制； 激光發(fā)射器（2 )，用于按設(shè)定的數(shù)量和方式發(fā)射脈沖激光； 信號(hào)處理器（3)，用于發(fā)生激光測(cè)距裝置工作時(shí)序和執(zhí)行本發(fā)明的自適應(yīng)測(cè)距方法； 顯示器（4)，用于顯示距離值； 對(duì)外接口（13)，用于外接工作電源和輸出距離值； 光電探測(cè)器電源（5)，用于為光電管提供工作電源，同時(shí)通過(guò)光電探測(cè)器工作電壓的調(diào) 節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)增益的控制； 發(fā)射器電源（6 )，用于為激光發(fā)射器提供工作電源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光發(fā)射器輸出功率的 調(diào)節(jié)； 所述的信號(hào)處理器（3)分別與激光接收器（1)、激光發(fā)射器（2)、顯示器（4)、對(duì)外接口 (13)、光電探測(cè)器電源（5)、發(fā)射器電源（6)相連接，所述的光電探測(cè)器電源（5)與激光接收 器（1)相連接，所述的發(fā)射器電源（6)與激光發(fā)射器（2)相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)激光測(cè)距裝置，其特征在于，所述激光接收器（1)包 括：光電探測(cè)器（7)、信號(hào)放大器（8)、負(fù)載調(diào)節(jié)器（9)、增益控制器（10)，所述的光電探測(cè)器 (7)同時(shí)與信號(hào)放大器（8)和負(fù)載調(diào)節(jié)器（9)相連接，信號(hào)放大器（8)與增益控制器（10)相 連接；負(fù)載調(diào)節(jié)器（9)包括：固定負(fù)載（15)、負(fù)載陣列（16)和開(kāi)關(guān)陣列（17)，固定負(fù)載與負(fù) 載陣列并聯(lián)，負(fù)載陣列（16)包括一個(gè)或一個(gè)以上并聯(lián)的負(fù)載，開(kāi)關(guān)陣列（17)包括一個(gè)或一 個(gè)以上并聯(lián)的電子開(kāi)關(guān)，負(fù)載陣列（16)中的負(fù)載分別與開(kāi)關(guān)陣列（17)中的開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)串接； 開(kāi)關(guān)陣列（16)可以是集成電子開(kāi)關(guān)陣列，也可以是分立晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、MOS管組成的開(kāi) 關(guān)陣列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)激光測(cè)距裝置，其特征在于，增益控制器（10)為數(shù)字 增益控制器，包括： 信號(hào)處理器端口（ 19)，用于輸出電壓數(shù)據(jù)； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（18)，用于將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬電壓； 信號(hào)放大器（8)及增益控制端，用于控制信號(hào)放大器增益； 信號(hào)處理器端口（19)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器（18)相連接；數(shù)模轉(zhuǎn)換器（18)的輸出與信號(hào)放大 器（8)增益控制端連接；數(shù)模轉(zhuǎn)換器（18)可以是獨(dú)立的集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器，也可以是集成在 信號(hào)處理器內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)激光測(cè)距裝置，其特征在于，增益控制器（10)為自動(dòng) 增益控制器，包括： 信號(hào)放大器輸出端（20)，用于輸出隨機(jī)混雜信號(hào)； 頻率電壓變換器（22)，用于將隨機(jī)混雜信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)； 增益調(diào)節(jié)器（21)，用于調(diào)節(jié)增益控制比例； 信號(hào)放大器（8)及增益控制端，用于控制信號(hào)放大器增益； 信號(hào)放大器輸出端（20)、頻率電壓變換器（22)和增益調(diào)節(jié)器（21)順序連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)激光測(cè)距裝置，其特征在于，光電探測(cè)器電源（5)為數(shù) 字控制他激式電源，包括： 信號(hào)處理器端口（24)，用于輸出脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 他激式DC/DC變換器（26)，用于將脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)變換成直流電壓； 輸出電壓取樣電路（28)，用于對(duì)輸出電壓進(jìn)行取樣； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（27)，用于將輸出電壓取樣值變換成數(shù)字值； 信號(hào)處理器端口（ 25)，用于讀取數(shù)模轉(zhuǎn)換器來(lái)的輸出電壓取樣值的數(shù)據(jù)； 信號(hào)處理器端口（ 24 )、他激式DC/DC變換器（26 )、輸出電壓取樣電路（28 )、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (27)和信號(hào)處理器端口（25)順序連接；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（27)可以是獨(dú)立的集成模數(shù)轉(zhuǎn) 換器，也可以是集成在信號(hào)處理器（3)內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，光電探測(cè)器電源（5)和發(fā)射器電 源（6)的電路結(jié)構(gòu)和形式相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)激光測(cè)距裝置，其特征在于，光電探測(cè)器電源（5)為都 為數(shù)字控制自激式電源，包括： 信號(hào)處理器端口（29)，用于啟動(dòng)或關(guān)斷自激式DC/DC變換器； 自激式DC/DC變換器（31)，用于將較低的直流電壓轉(zhuǎn)換成較高的直流電壓； 分壓器（32 )，用于對(duì)自激式DC/DC變換器輸出電壓進(jìn)行分壓； 信號(hào)處理器端口（30)，用于輸出數(shù)字電壓數(shù)據(jù)； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（18)，用于將信號(hào)處理與控制電路的數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成模擬電壓； 信號(hào)處理器端口（29)、自激式DC/DC變換器（31)輸出端、分壓器（32)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (18 )和信號(hào)處理器端口（ 30 )順序連接，分壓器（38 )與自激式DC/DC變換器（31)反饋端相 連接；所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（18)可以是獨(dú)立的集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器，也可以是集成在信號(hào)處理器 內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換器；光電探測(cè)器電源（5)和發(fā)射器電源（6)的電路結(jié)構(gòu)和形式相同。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)激光測(cè)距裝置，其特征在于，發(fā)射器電源（6)為模擬 調(diào)壓式自激式電源，包括： 信號(hào)處理器端口（29)，用于啟動(dòng)或關(guān)斷自激式DC/DC變換器； 自激式DC/DC變換器（31)，其輸出端用于輸出激光發(fā)射器所需電壓，其反饋端用于調(diào) 節(jié)輸出電壓； 分壓器（32 )，用于對(duì)自激式DC/DC變換器輸出電壓進(jìn)行分壓； 信號(hào)處理器端口（ 29 )、自激式DC/DC變換器（31)輸出端、分壓器（32 )和自激式DC/DC變換器（31)反饋端順序連接。
【文檔編號(hào)】G01S7/489GK104483675SQ201410786035
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】郁麒麟, 孫同春, 范華, 夏星, 姚亞斌, 隋慶峰 申請(qǐng)人:揚(yáng)州天目光電科技有限公司, 郁麒麟