CN104142504A - 一种基于脉冲式的激光测距仪及其测距方法 - Google Patents

一种基于脉冲式的激光测距仪及其测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于脉冲式的激光测距仪及其测距方法，包括以下步骤：(1)打开电源，对***进行初始化；设定测距模式为近距测量模式；(2)将设备对准测量目标，按住测量按钮，使测量用的光波信号对着目标发射出去，设备会自动接收反射回来的回波信号；(3)通过时间测量单元计算光波信号发射和接收之间的时间间隔；(4)判断步骤(3)得到的测量值是否满足测距结果输出要求；若满足，则经换算输出距离结果；若不满足，则进入步骤(5)；(5)自动切换并启动远距离测量模式，依次再运行上述(2)、(3)步骤；(6)判断(5)得到的测量值是否满足测距结果输出要求；若满足，则经换算输出距离结果；若不满足，则结束此次测量过程。本发明在保证测量精度的前提下，测程可以提高2倍以上，且测距精准。

Description

一种基于脉冲式的激光测距仪及其测距方法
技术领域
本发明涉及测量仪器技术领域，特别涉及一种基于脉冲式的激光测距仪及其测距方法。
背景技术
脉冲激光测距仪使用脉冲激光器发射单个激光脉冲信号照射目标，并对由目标返回的回波脉冲激光信号进行探测，通过测量激光发射时刻和回波信号返回时刻之间的时间间隔，可获得目标到测距仪的距离。脉冲激光测距仪的测距公式为：R＝cΔt／2。其中，R是测量距离，c是光速，Δt是激光飞行时间包括脉冲激光信号往返飞行时间。由测距公式可知，脉冲激光测距仪的测距精度由对激光飞行时间的测量精度决定。由于回波脉冲激光信号幅度的变化和波形的展宽，使得回波接收电路输出的脉冲信号的幅度和波形发生变化，带来计时点的漂移，引起激光飞行时间的测量误差。因此需要采用时刻鉴别电路对回波接收信号进行时刻鉴别，为时间测量电路提供不受脉冲信号形状变化影响的计时点，减小飞行时间测量误差，提高计时精度。
目前，时刻鉴别电路的实现方法主要有以下三种：
一、前沿鉴别法(Leading Edge Discriminator)。前沿鉴别法通过固定阈值的方式，以脉冲前沿幅度等于所设阈值的时刻作为鉴别时刻，产生计时信号。前沿鉴别法由于触发比不恒定，在信号幅度变化会引起较大的漂移误差。
二、恒定比值鉴别法(Constant Fraction Discriminator)o恒比定时法将放大电路输出的脉冲信号分为两路，一路信号进行延迟后输入到鉴别比较器的同相输入端，另一路信号进行衰减后输入到鉴别比较器的反相输入端，鉴别比较器在两路信号的幅度相等时翻转，产生计时信号。恒比定时法可以消除由信号幅度变化引起的漂移误差，但当信号形状发生变化时，仍会产生一定的漂移误差。
三、高通容阻鉴别法(CR-High pass Discriminator)。高通容阻鉴别法使用高通滤波器将回波接收放大电路输出的单极性脉冲信号转变为双极性脉冲信号输出，使得原来脉冲信号的极值点变为零点，再由过零比较器对输出的双极性信号的过零点进行鉴别。高通容阻鉴别法对输入脉冲信号的幅度变化不敏感，但要求接收通道工作在严格的线性范围内。它的误差主要来自信号脉冲在计时点附近斜率的变化。
从时刻鉴别电路的设计原则上讲，在对信号进行时刻鉴别时，应该尽量避免对信号的幅度和波形进行模拟变化，以减少在时刻鉴别中引入的额外误差。在以上介绍的时刻鉴别方法中，方法二中对输入脉冲信号的延迟过程和衰减过程以及方法三中使用高通滤波器将回波接收放大电路输出的单极性脉冲信号转变为双极性脉冲信号输出过程，均对信号进行了模拟变化，会引入新的误差。而前沿鉴别法使用一个电压比较器和一个阈值电平就可以实现，电路形式简单，除了进行电平比较之外，不对信号进行任何其他处理，不引入其他误差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种体积小、外型美观、测距精准的基于脉冲式的激光测距仪及其测距方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种基于脉冲式的激光测距仪的测距方法，包括以下步骤：
(1)打开激光测距仪电源，对***进行初始化；设定激光测距仪的测距模式为近距测量模式；
(2)将激光测距仪对准测量目标，按住测量按钮，使测量用的光波信号对着目标发射出去，激光测距仪会自动接收反射回来的回波信号；
(3)通过时间测量单元计算光波信号发射和接收的时间间隔；
(4)判断步骤(3)得到的测量值是否满足测距结果输出要求；若满足，则经换算输出距离结果；若不满足，则进入步骤(5)；
(5)自动切换并启动远距离测量模式，依次再运行上述步骤(2)和步骤(3)；
(6)判断步骤(5)得到的测量值是否满足测距结果输出要求；若满足，则经换算输出距离结果；若不满足，则结束此次测量过程。
上述技术方案所述步骤(1)的具体步骤为：
a、发射并接收预测量光信号；
b、自动计算当前测量环境的信噪比，根据信噪比设定一个测量“初始阈值”K13、根据权利要求2所述的一种基于脉冲式的激光测距方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体步骤为：
a、激光发射器发射激光脉冲信号的同时触发时间测量单元的起始端口，时间测量单元受触发后开始计时；
b、激光接收器接收到激光脉冲回波信号时触发时间测量单元的停止端口，时间测量单元受触发后停止计时，并自动计算出起始和停止之间的时间间隔Δt
c、通过数据处理，时间测量单元计算输出发射和接收光波信号的时间间隔Δt=t2-t1。
上述技术方案所述步骤(4)的具体步骤为：以“初始阈值”K1进行近距离测距。
上述技术方案所述步骤(5)的具体步骤为：
a、根据“初始阈值”K1设定一个“二次阈值”K2；
b、在“二次阈值”K2的基础上通过发射和接收预测量光信号自动计算出一个比实际目标小的“目标近似值”D0，并根据“二次阈值”K2设定一个“三次阈值”K3，其中K3<K2<K1；
c、设置电路的屏蔽单元，屏蔽当使用“三次阈值”K3测距时，小于“目标近似值”D0的回波信号，保留大于“目标近似值”D0的回波信号，从而得到实际的距离值。
一种基于脉冲式的激光测距仪，包括壳体，以及设置在壳体前端的激光发射器和激光接收器，所述壳体内部设有激光指向单元、激光测距单元、无线通讯模块、中央控制单元、电源模块、光电转换器、放大器、距离显示单元、时间测量单元和接收电路，壳体上具有开关按钮、运行按钮和模式选择按钮；所述中央控制单元与激光测距单元、无线通讯模块均为双向通讯；所述距离显示单元的输入端和激光指向单元的输入端分别接中央控制单元的输出端；所述光电转换器的输入端接激光接收器的输出端，输出端接放大器的输入端；所述放大器的输出端接中央控制单元的输入端；所述时间测量单元的输入端接光电转换器的输出端。
上述技术方案所述接收电路包括阈值电路，以及依次电性连接的接收光路、高压偏置与光电转换电路、前置放大电路、主放大电路、比较电路和计时电路；所述阈值电路的输出端接比较电路的输入端。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
本发明将测量用的光波信号对着目标发射出去，反射回来的回波信号被接收，通过时间测量单元计算发射和接收光波信号的时间间隔实现目标距离测量的目的，在保证测量精度的前提下，测程可以提高2倍以上，且测量数据精准。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的初始化流程图；
图4为本发明远距测量模式的流程图；
图5为本发明的接收电路示意图；
具体实施方式
(实施例1，一种基于脉冲式的激光测距方法)
见图2至图4，一种基于脉冲式的激光测距方法，包括以下步骤：
(1)打开激光测距仪电源，对***进行初始化；设定激光测距仪的测距模式为近距测量模式；
(2)将激光测距仪对准测量目标，按住测量按钮，使测量用的光波信号对着目标发射出去，激光测距仪会自动接收反射回来的回波信号；
(3)通过时间测量单元计算光波信号发射和接收的时间间隔；
(4)判断步骤(3)得到的测量值是否满足测距结果输出要求；若满足，则经换算输出距离结果；若不满足，则进入步骤(5)；
(5)自动切换并启动远距离测量模式，依次再运行上述步骤(2)和步骤(3)；
(6)判断步骤(5)得到的测量值是否满足测距结果输出要求；若满足，则经换算输出距离结果；若不满足，则结束此次测量过程。
步骤(1)的具体步骤为：
a、发射并接收预测量光信号；
b、自动计算当前测量环境的信噪比，根据信噪比设定一个测量“初始阈值”K1
所述步骤(3)的具体步骤为：
a、激光发射器发射激光脉冲信号的同时触发时间测量单元的起始端口，时间测量单元受触发后开始计时；
b、激光接收器接收到激光脉冲回波信号时触发时间测量单元的停止端口，时间测量单元受触发后停止计时，并自动计算出起始和停止之间的时间间隔Δt
步骤(4)的具体步骤为：以“初始阈值”K1进行近距离测距。
步骤(5)的具体步骤为：
a、根据“初始阈值”K1设定一个“二次阈值”K2；
b、在“二次阈值”K2的基础上通过发射和接收预测量光信号自动计算出一个比实际目标小的“目标近似值”D0，并根据“二次阈值”K2设定一个“三次阈值”K3，其中K3<K2<K1；
c、设置电路的屏蔽单元，屏蔽当使用“三次阈值”K3测距时，小于“目标近似值”D0的回波信号，保留大于“目标近似值”D0的回波信号，从而得到实际的的距离值。
(实施例2，一种基于脉冲式的激光测距仪)
见图1，一种基于脉冲式的激光测距仪，包括壳体，以及设置在壳体前端的激光发射器1和激光接收器2，壳体内部设有激光指向单元3、激光测距单元4、无线通讯模块5、中央控制单元6、电源模块7、光电转换器8、放大器9、距离显示单元10、时间测量单元11和接收电路12，壳体上具有开关按钮、运行按钮和模式选择按钮；中央控制单元6与激光测距单元4、无线通讯模块5均为双向通讯；距离显示单元10的输入端和激光指向单元3的输入端分别接中央控制单元6的输出端；光电转换器8的输入端接激光接收器2的输出端，输出端接放大器9的输入端；放大器9的输出端接中央控制单元6的输入端；时间测量单元11的输入端接光电转换器8的输出端。
见图5，接收电路12包括阈值电路121，以及依次电性连接的接收光路122、高压偏置与光电转换电路124、前置放大电路125、主放大电路126、比较电路127和计时电路123；阈值电路121的输出端接比较电路127的输入端。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于脉冲式的激光测距仪的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)打开激光测距仪电源，对***进行初始化；设定激光测距仪的测距模式为近距测量模式； 
(2)将激光测距仪对准测量目标，按住测量按钮，使测量用的光波信号对着目标发射出去，激光测距仪会自动接收反射回来的回波信号； 
(3)通过时间测量单元计算光波信号发射和接收的时间间隔； 
(4)判断步骤(3)得到的测量值是否满足测距结果输出要求；若满足，则经换算输出距离结果；若不满足，则进入步骤(5)； 
(5)自动切换并启动远距离测量模式，依次再运行上述步骤(2)和(3)； 
(6)判断步骤(5)得到的测量值是否满足测距结果输出要求；若满足，则经换算输出距离结果；若不满足，则结束此次测量过程。 
2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲式的激光测距仪的测距方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体步骤为： 
a、发射并接收预测量光信号； 
b、自动计算当前测量环境的信噪比，根据信噪比设定一个测量“初始阈值”K1。
3.根据权利要求2所述的一种基于脉冲式的激光测距仪的测距方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体步骤为： 
a、激光发射器发射激光脉冲信号的同时触发时间测量单元的起始端口，时间测量单元受触发后开始计时； 
b、激光接收器接收到激光脉冲回波信号时触发时间测量单元的停止端口，时间测量单元受触发后停止计时，并自动计算出起始和停止之间的时间间隔Δt； 
c、通过数据处理，时间测量单元计算输出发射和接收光波信号的时间间隔Δt=t2-t1。 
4.根据权利要求2所述的一种基于脉冲式的激光测距仪的测距方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体步骤为：以“初始阈值”K1进行近距离测距。 
5.根据权利要求2所述的一种基于脉冲式的激光测距仪的测距方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体步骤为： 
a、根据“初始阈值”K1设定一个“二次阈值”K2； 
b、在“二次阈值”K2的基础上通过发射和接收预测量光信号自动计算出一个比实际目标小的“目标近似值”D0，并根据“二次阈值”K2设定一个“三次阈值”K3，其中K3<K2<K1； 
c、设置电路的屏蔽单元，屏蔽当使用“三次阈值”K3测距时，小于“目标近似值”D0的回波信号，保留大于“目标近似值”D0的回波信号，从而得到实际的的距离值。 
6.一种基于脉冲式的激光测距仪，包括壳体，以及设置在壳体前端的激光发射器(1)和激光接收器(2)，其特征在于：所述壳体内部设有激光指向单元(3)、激光测距单元(4)、无线通讯模块(5)、中央控制单元(6)、电源模块(7)、光电转换器(8)、放大器(9)、距离显示单元(10)、时间测量单元(11)和接收电路(12)，壳体上具有开关按钮、运行按钮和模式选择按钮；所述中央控制单元(6)与激光测距单元(4)、无线通讯模块(5)均为双向通讯；所述距离显示单元(10)的输入端和激光指向单元(3)的输入端分别接中央控制单元(6)的输出端；所述光电转换器(8)的输入端接激光接收器(2)的输出端，输出端接放大器(9)的输入端；所述放大器(9)的输出端接中央控制单元(6)的输入端；所述时间测量单元(11)的输入端接光电转换器(8)的输出端。 
7.根据权利要求6所述的一种基于脉冲式的激光测距仪，其特征在于：所述接收电路(12)包括阈值电路(121)，以及依次电性连接的接收光路(122)、高压偏置(123)与光电转换电路(124)、前置放大电路(125)、主放大电路(126)、比较电路(127)和计时电路(128)；所述阈值电路(121)的输出端接比较电路(127)的输入端。 
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