一種時間關(guān)聯(lián)計算測距儀及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種時間關(guān)聯(lián)計算測距儀及測量方法，屬于測距領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 刻度尺是最早用于測距的工具，但是在長距離或復(fù)雜環(huán)境下，刻度尺測量變得非 常困難。二戰(zhàn)期間，英國首先研制出的測距雷達(dá)，實現(xiàn)了在一個固定點上迅速測定不同方 位角各種目標(biāo)的瞬時距離，實現(xiàn)了測距技術(shù)的歷史性突破。后來隨著電磁和激光技術(shù)的發(fā) 展，逐漸將激光用于測距領(lǐng)域，并于1961年美國休斯飛機(jī)公司研制出第一臺激光測距儀， 由于激光測距儀具有精度高、小巧輕便、分辨率高和抗干擾力強(qiáng)等優(yōu)勢，在很長一段時間內(nèi) 得到了迅速發(fā)展，并形成了多種形式的測距方案。目前的激光測距儀就可以實現(xiàn)從納米到 幾千千米范圍內(nèi)測距。
[0003] 雖然目前的激光測距儀憑借激光的高穿透力，可以超遠(yuǎn)距離能力測距，但是僅僅 依靠提高激光器功率和信號處理技術(shù)很難從根本上實現(xiàn)遠(yuǎn)距離測距能力，且高功率激光器 的使用對人眼危害極大，不利于長時間調(diào)試使用。此外，在復(fù)雜環(huán)境下，傳統(tǒng)激光測距儀不 可避免要受到云霧、煙和大氣湍流等環(huán)境干擾，測距能力會顯著降低，因此需要尋求一種新 型測距方案從根本上解決這一系列問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能有效減小空氣 擾動的時間關(guān)聯(lián)計算測距儀，符合測量邏輯單元對兩路信號做時間符合測量邏輯計算，最 終得到待測件反光鏡到半透半反鏡之間的距離，本發(fā)明利用了時間的二階關(guān)聯(lián)特性，可以 有效減小空氣擾動因素引起的距離測量誤差，且結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，操作性強(qiáng)，關(guān)鍵部組件都是 基于現(xiàn)有的成熟廣品，具有技術(shù)成熟度尚，可實現(xiàn)性$父強(qiáng)等特點。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種時間關(guān)聯(lián)計算測距儀，包括：光源（1)、數(shù)字微鏡 陣列DMD (2)、控制器（3)、分束器（4)、透鏡（5)、半透半反鏡（6)、待測件反光鏡（7)、CCD (或 點探測器）（8)、延時器（9)、符合測量邏輯模塊（10)，符合測量邏輯模塊（10)包括符合測量 邏輯單元和計算單元；
[0006] 數(shù)字微鏡陣列DMD (2)包括多個微鏡陣列，光源（1)照射在數(shù)字微鏡陣列DMD (2) 的多個微鏡陣列上，控制器（3)產(chǎn)生光場調(diào)制矩陣信號，一路輸出將光場調(diào)制矩陣信號發(fā) 送到延時器（9)，調(diào)整延時器（9)延時，經(jīng)延時器（9)延時后將光場調(diào)制矩陣信號存至符合 測量邏輯模塊（10)的符合測量邏輯單元，另一路輸出將該光場調(diào)制矩陣信號加載到數(shù)字 微鏡陣列DMD⑵上，控制多個微鏡陣列發(fā)生不同角度的偏轉(zhuǎn)，微鏡陣列反射光源⑴照射 的光束形成調(diào)制光場，將該調(diào)制光場入射至分束器（4);
[0007] 分束器（4)將入射的調(diào)制光場分光成兩路分別是透射光束和反射光束，將入射的 調(diào)制光場分光得到的反射光束舍棄，將入射的調(diào)制光場分光得到的透射光束入射到透鏡 (5)上后，形成平行光束后照射在半透半反鏡（6)，半透半反鏡（6)放置于透鏡（5)和待測 件反光鏡（7)之間，且半透半反鏡（6)、透鏡（5)和待測件反光鏡（7)共軸放置，半透半反鏡 (6)透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，反射的這部分光形成第一回波光束；
[0008] 經(jīng)半透半反鏡（6)反射的第一回波光束再次經(jīng)過透鏡（5)恢復(fù)成匯聚光束，并照 射到分束器（4)上，分束器（4)將入射的透鏡（5)匯聚光束分光成兩路分別是透射光束和 反射光束，將透鏡（5)匯聚光束分光得到的透射光束舍棄，將透鏡（5)匯聚光束分光得到的 反射光束反射后照射到CCD(S)上，形成第一回波信號送至符合測量邏輯模塊（10)，符合測 量邏輯模塊（10)的符合測量邏輯單元記錄該回波信號；
[0009] 符合測量邏輯模塊（10)的符合測量邏輯單元，將儲存的光場調(diào)制矩陣信號和記 錄的第一回波信號，進(jìn)行時間符合測量邏輯計算，得到一個時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果，同時將延時 器（9)延時和對應(yīng)的時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果發(fā)送至計算單元；
[0010] 多次調(diào)整延時器（9)的延時，符合測量邏輯單元將儲存的多個新的光場調(diào)制矩陣 信號和記錄的多個新的第一回波信號，再次進(jìn)行時間符合測量邏輯計算，得到多個新的時 間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果，同時將該多個延時器（9)延時和對應(yīng)的新的時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果發(fā)送至計 算單元；
[0011] 計算單元將接收到的多對延時和對應(yīng)的時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果繪成第一關(guān)聯(lián)結(jié)果曲 線，橫坐標(biāo)為多個延時器的延時時間，縱坐標(biāo)為多個時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果，將每個延時器（12) 記錄的多個延時所對應(yīng)的多個時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果連接成一條曲線，得到第一關(guān)聯(lián)結(jié)果曲 線，尋找第一關(guān)聯(lián)結(jié)果曲線峰值所對應(yīng)的延時T 1，并記錄該延時τ1;
[0012] 經(jīng)半透半反鏡（6)透射的透射光束照射在待測件反光鏡（7)，待測件反射鏡（7)安 裝在待測件上，經(jīng)待測件反光鏡（7)反射的回波光束再次經(jīng)過半透半反鏡（6)，半透半反鏡 (6)將待測件反光鏡（7)反射的回波光束分別進(jìn)行透射和反射，分別形成透射光束和反射 光束，將待測件反光鏡（7)反射的回波光束經(jīng)半透半反鏡（6)的反射光束舍棄，將待測件反 光鏡（7)反射的回波光束經(jīng)半透半反鏡（6)的透射光束經(jīng)透鏡（5)恢復(fù)成匯聚光束，并照 射到分束器（4)上，分束器（4)將入射的匯聚光束分成兩路分別是透射光束和反射光束，將 透射光束舍棄，將反射光束反射后照射到CCD(7)上，形成第二回波信號，符合測量邏輯模 塊（10)的符合測量邏輯單元記錄該回波信號；
[0013] 符合測量邏輯模塊（10)的符合測量邏輯單元將儲存的光場調(diào)制矩陣信號和記錄 的第二回波信號，進(jìn)行時間符合測量邏輯計算，得到一個時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果，同時將延時器 (9)延時和對應(yīng)的時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果發(fā)送至計算單元；
[0014] 調(diào)整延時器（9)的延時，符合測量邏輯單元將儲存的新的光場調(diào)制矩陣信號和記 錄的新的第二回波信號，再次進(jìn)行時間符合測量邏輯計算，得到一個新的時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié) 果，同時將延時器（9)延時和對應(yīng)的新的時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果發(fā)送至計算單元；
[0015] 計算單元將接收到的多對延時和對應(yīng)的時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果繪成第二關(guān)聯(lián)結(jié)果曲 線，橫坐標(biāo)為多個延時器的延時時間，縱坐標(biāo)為多個時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果，將每個延時器（12) 記錄的多個延時所對應(yīng)的多個時間關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果連接成一條曲線，得到第二關(guān)聯(lián)結(jié)果曲 線，尋找第二關(guān)聯(lián)結(jié)果曲線峰值所對應(yīng)的延時τ 2，并記錄該延時τ2;
[0016] 計算單元將記錄的τ JP τ 2做差計算Δ τ = τ 2-τ i，解算出待測件反光鏡到半 透半反鏡之間的距離〖二1：，式中c為真空中光速。
[0017] 所述光場調(diào)制矩陣為Hadamard矩陣，Hadamard矩陣編碼原則為Hadamard矩陣行 與行、列與列之間滿足正交歸一關(guān)系H*H T= I，I為對角單位矩陣，其每一行（或列）元素 之和相等，將該光場調(diào)制矩陣加載到數(shù)字微鏡陣列DMD(2)上，使多個微鏡陣列發(fā)生不同角 度的偏轉(zhuǎn)，微鏡陣列反射光源（1)照射的光束形成調(diào)制光場，用來模擬熱光源。
[0018] 所述數(shù)字微鏡陣列DMD(2)放置于透鏡（5)的焦平面上。
[0019] -種時間關(guān)聯(lián)計算測距儀的測量方法，步驟如下：
[0020] (1)數(shù)字微鏡陣列DMD⑵包括多個微鏡陣列，光源⑴照射在數(shù)字微鏡陣列 DMD (2)的多個微鏡陣列上，控制器（3)產(chǎn)生光場調(diào)制矩陣信號，一路輸出將光場調(diào)制矩陣 信號發(fā)送到延時器（9)，調(diào)整延時器（9)延時，經(jīng)延時器（9)延時后將光場調(diào)制矩陣信號 存至符合測量邏輯模塊（10)的符合測量邏輯單元，另一路輸出將該光場調(diào)制矩陣信號加 載到數(shù)字微鏡陣列DMD(2)上，控制多個微鏡陣列發(fā)生不同角度的偏轉(zhuǎn)，微鏡陣列反射光源 (1)照射的光束形成調(diào)制光場，將該調(diào)制光場入射至分束器⑷；
[0021] (2)分束器（4)將入射的調(diào)制光場分光成兩路分別是透射光束和反射光束，將入 射的調(diào)制光場分光得到的反射光束舍棄，將入射的調(diào)制光場分光得到的透射光束入射到透 鏡（5)上后，形成平行光束后照射在半透半反鏡（6)，半透半反鏡（6)放置于透鏡（5)和待 測件反光鏡（7)之間，且半透半反鏡（6)、透鏡（5)和待測件反光鏡（7)共軸放置，半透半 反鏡（6)透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，反射的這部分光形成第一回波光 束；
[0022] (3)經(jīng)半透半反鏡（6)反射的第一回波光束再次經(jīng)過透鏡（5)恢復(fù)成匯聚光束，并 照射到分束器（4)上，分束器（4)將入射的透鏡（5)匯聚光束分光成兩路分別是透射光束 和反射光束，將透鏡（5)匯聚光束分光得到的透射光束舍棄，將透鏡（5)匯聚光束分光得到 的反射光束反射后照射到CCD(S)上，形成第一回波信號送至符合測量邏輯模塊（10)，符合 測量邏輯模塊（10)的符合測量邏輯單元記錄該回波信號；
[0023] (4)符合測量邏輯模塊（10)的符合測量邏輯單元將儲存的光場調(diào)制矩陣信號和 記錄的第一回波信號，進(jìn)行時間符