CN113391324B - 目标距离定位***及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种目标距离定位***，包括发射光学模块、接收光学模块、探测器和控制器，控制器控制激光器发射激光，经过发射光学模块之后照射到目标，经过目标发射后，经过接收光学模块进入到探测器中，探测器与信号处理电路信号连接，信号处理电路依次与高速采集及目标信息处理单元；控制器同时启动延时控制电路，延时控制电路分别与高速采集及目标信息处理单元和增益控制电路信号连接，增益控制电路与探测器信号连接。本发明的一种目标距离定位***及定位方法，利用介质表面的回波作为参考时间点进行目标距离探测，可以解决跨介质测距问题，并且简化了光路。

Description

目标距离定位***及定位方法
技术领域
本发明涉及目标距离定位***及定位方法，属于激光计量领域。
背景技术
激光测距主要分为两种一种是脉冲式激光测距，一种是相位式激光测距。脉冲激光测距是通过计算激光脉冲在空间的飞行时间来计算目标的距离，电路中通过计算超过某个强度阈值的回波信号与激光脉冲发射的时间差来计算激光脉冲在空间中的飞行时间。脉冲激光测距通过电信号处理及总体控制测量单元控制激光器发射一个激光脉冲并以激光脉冲发射时间为基准开始计时，直到激光脉冲被目标反射的激光脉冲被激光脉冲接受装置接收到，并且产生一个脉冲大于电路中设定阈值的信号，计时终止，并根据所测时间计算目标距离。
目前激光测距机定位是通过在测距机内部增加分束镜及探测器记录初始时间。这样会增加测距机的体积及***的复杂程度。而且现有测距机在跨介质测距时，介质表面的激光脉冲的后向反射很强，回波信号强度可能会高于目标回波信号强度，造成测距失效。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种目标距离定位***及定位方法，利用介质表面的回波作为参考时间点进行目标距离探测，可以解决跨介质测距问题，并且简化了光路。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种目标距离定位***，包括发射光学模块、接收光学模块、探测器和控制器，控制器控制激光器发射激光，经过发射光学模块之后照射到目标，经过目标发射后，经过接收光学模块进入到探测器中，探测器与信号处理电路信号连接，信号处理电路依次与高速采集及目标信息处理单元；控制器同时启动延时控制电路，延时控制电路分别与高速采集及目标信息处理单元和增益控制电路信号连接，增益控制电路与探测器信号连接。
一种目标距离定位***的定位方法，包括以下步骤：
步骤1：控制器控制激光器发射一个纳秒级脉冲，经过发射光学模块照射到目标上；
步骤2：控制器利用高精度延时信号发生器，控制高速采集及目标信息处理单元开始采集数据，并同时控制探测器增益，使其准确的在介质表面回波时间处的增益较低，随后迅速恢复正常；
步骤3：目标回波信号被接收光学模块接收，并会聚于探测器，探测器的输出信号经信号处理电路放大处理；
步骤4：利用采集电路以τ为采样时间间隔，采集放大处理后的信号，得到信号序列x(k*τ)，其中，k＝1、2、3、4………是采集电路第k个采样点；
步骤5：按照公式(1)对采集到的信号序列x(k*τ)进行拟合；
Figure GDA0004192940210000021
式中，A，α为拟合系数，h与x为光在两种介质的传播距离，该两种介质为测距机所处的介质及目标物体所处的介质，θ入射光与目标表面法线的夹角；
步骤5：将信号序列x(k*τ)与拟合曲线相减，消除信号序列的固有趋势；
步骤6：根据***实际应用场景的效果，得到一个阈值，信号大于阈值的点就认为是目标信号；
步骤7：按照步骤6中得到的第一个点k1为介质表面返回的点，第二个点k2为目标的返回点，△k＝k1-k2；
步骤8：按照公式(2)计算目标的距离；
Figure GDA0004192940210000022
其中：l为目标与介质表面的距离，C为光速3×108m/s，τ为采样时间间隔。
有益效果：本发明的目标距离定位***及方法，利用一个增益可以控制的探测器，利用介质表面的回波作为参考时间点进行目标距离探测，可以解决跨介质测距问题，并且简化了光路
附图说明
图1为本发明的***示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种目标距离定位***，包括发射光学模块2、接收光学模块5、探测器4和控制器，控制器控制激光器1发射激光，经过发射光学模块2之后照射到目标，经过目标发射后，经过接收光学模块5进入到探测器4中，探测器4与信号处理电路3信号连接，信号处理电路3依次与高速采集及目标信息处理单元8；控制器同时启动延时控制电路7，延时控制电路7分别与高速采集及目标信息处理单元8和增益控制电路6信号连接，增益控制电路6与探测器4信号连接。
以空气中探测水下目标，探测器4是滨松光电倍增管为例，目标距离定位***的定位方法，包括以下步骤：
步骤1：控制激光器1发射一个纳秒级脉冲，经过发射光学照射到目标上；
步骤2：利用高精度延时信号发生器，控制高速采集及目标信息处理单元8开始采集数据，并同时控制光电倍增管高压供电网络使其产生一个500ns的脉冲高压，脉冲高压上升沿时间为50ns，调整延时时间使上升沿的30％处为水面反射的回波信号；
步骤3：目标回波信号被接收光学接收，并会聚于探测器4，探测器4的输出信号经信号处理电路3放大处理；
步骤4：利用采集电路以1ns为采样时间间隔，采集放大处理后的信号，得到信号序列x(k*τ)，k＝1，2，3，4……是采集电路第k个采样点；
步骤5：按照公式(1)对采集到的信号序列x(k*τ)进行拟合；
Figure GDA0004192940210000031
式中，A，α为拟合系数，h与x为光在两种介质的传播距离，θ入射光与目标表面法线的夹角。
步骤5：将信号序列x(k*τ)与拟合曲线相减，消除信号序列的固有趋势；
步骤6：本***阈值为5mV。
步骤7：按照步骤6中得到的第一个点为采样的第328点为水面回波信号，第二个点为采样的第659点为目标的返回点。Δk＝k1-k2＝331
步骤8：按照公式(2)计算目标的距离；
Figure GDA0004192940210000032
其中：l为目标与介质表面的距离，C为光速3×108m/s，τ为采样时间间隔。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种目标距离定位***的定位方法，该目标距离定位***包括发射光学模块、接收光学模块、探测器和控制器，控制器控制激光器发射激光，经过发射光学模块之后照射到目标，经过目标发射后，经过接收光学模块进入到探测器中，探测器与信号处理电路信号连接，信号处理电路依次与高速采集及目标信息处理单元；控制器同时启动延时控制电路，延时控制电路分别与高速采集及目标信息处理单元和增益控制电路信号连接，增益控制电路与探测器信号连接，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：控制器控制激光器发射一个纳秒级脉冲，经过发射光学模块照射到目标上；
步骤2：控制器利用高精度延时信号发生器，控制高速采集及目标信息处理单元开始采集数据，并同时控制探测器增益，使其准确的在介质表面回波时间处的增益较低，随后迅速恢复正常；
步骤3：目标回波信号被接收光学模块接收，并会聚于探测器，探测器的输出信号经信号处理电路放大处理；
步骤4：利用采集电路以τ为采样时间间隔，采集放大处理后的信号，得到信号序列，x(k*τ),其中，k＝1，2，3，4……是采集电路第k个采样点；
步骤5：按照公式(1)对采集到的信号序列x(k*τ),进行拟合；
Figure FDA0004192940200000011
式中，A，α为拟合系数，h与x为光在两种介质的传播距离，θ入射光与目标表面法线的夹角；
步骤5：将信号序列x(k*τ)与拟合曲线相减，消除信号序列的固有趋势；
步骤6：根据***实际应用场景的效果，设定一个阈值，信号大于阈值的点就认为是目标信号；
步骤7：按照步骤6中得到的第一个点k1为介质表面返回的点，第二个点k2为目标的返回点，Δk＝k1-k2；
步骤8：按照公式(2)计算目标的距离；
Figure FDA0004192940200000012
其中：l为目标与介质表面的距离，C为光速3×108m/s，τ为采样时间间隔。
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