一种去测距模糊的单光子激光测距方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种去测距模糊的单光子激光测距方法及装置，根据最远测距距离扩展n倍的需求设定n位伪随机码；在测距过程中，令激光器重复发出经过n位伪随机码编码调制的激光脉冲序列，通过建立脉冲间隔跨度单光子统计直方图及编码码长跨度单光子统计直方图，对回波目标进行提取得到含测距模糊度的疑似目标，并在编码码长跨度单光子统计直方图中索引与疑似目标对应的统计值系列，通过计算统计值和伪随机编码序列的相关系数可以得到两序列间的相位关系，以去除测距模糊。本发明专利技术不要求解决其激光器出射能量限制的问题，并且对信号提取计算量较少，易于在FPGA系统中实时实现。

【技术实现步骤摘要】
一种去测距模糊的单光子激光测距方法及装置
本专利技术涉及一种去测距模糊的单光子激光测距方法及装置，属于激光测距

技术介绍
单光子激光测距系统往往采用高重频，低能量的激光器和灵敏度极高的单光子探测器(PMT或Geiger-modeAPD)实现探测，通过光子计数实现测距距离提取。时间相关单光子计数(Time-correlatedsingle-photoncountingTCSPC)技术是应用最为广泛的单光子激光测距技术，它将时间轴分为离散的时间区间，当探测器探测到一个或多个光子时，产生一个响应输出，记录下该次响应发生的时间，并对该时间区间内的光子计数值加1，当进行大量重复脉冲的探测后，可以统计得到响应时间对应光子计数的统计直方图，如图1所示。TCSPC技术记录的光子返回时间为光子到达时间与前次光脉冲发射时间的差值，导致所有目标物不论远近，其记录的返回光子时间均在一个光周期内，于是当测距范围较大且脉冲重频较高时将发生测距模糊问题，如10kHz重频的激光测距不发生测距模糊的最远测距距离为15km。常用的解决测距模糊的方法包括：1)基于伪随机码调制的单光子计数法，此类方法将出射的高频脉冲进行伪随机码调制，检测时通过阈值判断得到回波码，通过回波信号和出射信号的码相关性实现信号提取，最大可测激光飞行时间扩展成出射码长时间，以此增大了最大可测测距距离，如图2所示。为达到较好的测距分辨率，此类方法要求其激光器的重频需达到100MHz以上，限制了激光器的出射能量，且进行信号提取计算时所需的计算量极大，难以在嵌入式系统中实时实现。“采用高速伪随机码调制和光子计数技术的光纤激光测距系统”(《红外与激光工程》第42卷第12期)公开了相关的详细技术方案。2)多重频激光测距法，此类方法在测量过程中改变出射激光的重复频率获取不同的光子数返回时间信息，从而确定唯一的距离信息，如图3所示。此类方法不仅对激光重频的频率精确度要求较高，且为了消除模糊度，测距时间增大了一倍，牺牲了测距速度。为了保证足够的激光出射能量及较快的测距速度，激光器重频在几十kHz为宜。基于上述分析，对于实现较宽范围测试时会出现测距模糊的问题，提出一种合适的解决测距模糊度问题的方法显得极为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种去测距模糊的单光子激光测距方法及装置，用于解决现有技术中消除测距模糊时需对激光器的出射能量进行限制的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种去测距模糊的单光子激光测距方法，步骤如下：步骤1，根据最远测距距离扩展n倍的需求设定n位伪随机码；步骤2，测距时激光器发出重复的以所述伪随机码的码长n为周期的经过伪随机码调制的激光脉冲序列，并分别以脉冲发射起始时刻及编码码序发射起始时刻为计数起始时刻，按照TCSPC方法实现单光子计数，得到脉冲间隔跨度单光子统计直方图及编码码长跨度单光子统计直方图；步骤3，利用所述脉冲间隔跨度单光子统计直方图对回波目标进行提取，提取出z个含测距模糊度的疑似目标；步骤4，对每个疑似目标，在对应的所述编码码长跨度单光子统计直方图中找到n个可能的对应点，进而得到n个按序排列的光子计数直方图统计值；步骤5，求n个按序排列的光子计数直方图统计值与编码码序的互相关性，互相关性最大的疑似目标即为真实目标；确定真实目标所对应的光子计数直方图统计值序列和编码码序之间的相位关系，得到无测距模糊的测距距离。进一步的，步骤5中根据光子计数直方图统计值与编码码序的互相关性获得真实目标的步骤包括：步骤5-1，将当前z个疑似目标和前若干次得到的各z个疑似目标实现位置匹配，找出所有的匹配路径；步骤5-2，将每个匹配路径的n个按序排列的光子计数直方图统计值更新为所有匹配节点的直方图统计序列之和；步骤5-3，计算n个按序排列的光子计数直方图统计值和编码码序的相关性，通过相关系数最大值得到两组序列间的相位关系，获得该路径计算得到的相位偏差及最大相关系数T，计算所有匹配路径的最大相关系数中的最大值，得到和激光编码码序匹配度最高的目标路径，将该路径的当前测量的疑似目标节点作为真实目标。进一步的，步骤5-3中还包括对匹配点的直方图统计序列先进行累加处理再进行码相关性计算。进一步的，步骤5-1中将当前z个疑似目标和前4次得到的各z个疑似目标进行位置匹配，在前4次得到的与当前疑似目标位置偏差小于T值的范围内查找对应次测量的疑似目标实现位置匹配，找出所有的匹配路径。进一步的，步骤3中找到在所述脉冲间隔跨度单光子统计直方图中的所有波峰值，将最大的z个波峰值所在的位置或者是将大于设定阈值的z个波峰值所在的位置作为疑似目标。本专利技术还提供了一种去测距模糊的单光子激光测距装置，包括：第一模块，用于根据最远测距距离扩展n倍的需求设定n位伪随机码；第二模块，用于测距时激光器发出重复的以所述伪随机码的码长n为周期的经过伪随机码调制的激光脉冲序列，并分别以脉冲发射起始时刻及编码码序发射起始时刻为计数起始时刻，按照TCSPC方法实现单光子计数，得到脉冲间隔跨度单光子统计直方图及编码码长跨度单光子统计直方图；第三模块，用于利用所述脉冲间隔跨度单光子统计直方图对回波目标进行提取，提取出z个含测距模糊度的疑似目标；第四模块，用于对每个疑似目标，在对应的所述编码码长跨度单光子统计直方图中找到n个可能的对应点，进而得到n个按序排列的光子计数直方图统计值；第五模块，用于求n个按序排列的光子计数直方图统计值与编码码序的互相关性，互相关性最大的疑似目标即为真实目标；确定真实目标所对应的光子计数直方图统计值序列和编码码序之间的相位关系，得到无测距模糊的测距距离。进一步的，在所述第五模块中，根据光子计数直方图统计值与编码码序的互相关性获得真实目标包括：第一单元，用于将当前z个疑似目标和前若干次得到的各z个疑似目标实现位置匹配，找出所有的匹配路径；第二单元，用于将每个匹配路径的n个按序排列的光子计数直方图统计值更新为所有匹配节点的直方图统计序列之和；第三单元，用于计算n个按序排列的光子计数直方图统计值和编码码序的相关特性，通过相关系数最大值得到两组序列间的相位关系，获得该路径计算得到的相位偏差及最大相关系数T，计算所有匹配路径的最大相关系数中的最大值，得到和激光编码码序匹配度最高的目标路径，将该路径的当前测量的疑似目标节点作为真实目标。进一步的，所述第三单元还用于对匹配点的直方图统计序列先进行累加处理再进行码相关性计算。进一步的，在所述第一单元中，将当前z个疑似目标和前4次得到的各z个疑似目标进行位置匹配，在前4次得到的与当前疑似目标位置偏差小于T值的范围内查找对应次测量的疑似目标实现位置匹配，找出所有的匹配路径。进一步的，所述第五模块用于找到在所述脉冲间隔跨度单光子统计直方图中的所有波峰值，将最大的z个波峰值所在的位置或者是将大于设定阈值的z个波峰值所在的位置作为疑似目标。本专利技术的有益效果是：在测距过程中，令激光器重复发出经过n位伪随机码编码调制的激光脉冲序列，通过建立脉冲间隔跨度单光子统计直方图及编码码长跨度单光子统计直方图，对回波目标进行提取得到含测距模糊度的疑似目标，并在编码码长跨度单光子统计直方图中索引与疑似目标对应的统计值系列[C1,C2,…,Cn]，通过计算统计值和伪随机编码序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去测距模糊的单光子激光测距方法，其特征在于，步骤如下：步骤1，根据最远测距距离扩展n倍的需求设定n位伪随机码；步骤2，测距时激光器发出重复的以所述伪随机码的码长n为周期的经过伪随机码调制的激光脉冲序列，并分别以脉冲发射起始时刻及编码码序发射起始时刻为计数起始时刻，按照TCSPC方法实现单光子计数，得到脉冲间隔跨度单光子统计直方图及编码码长跨度单光子统计直方图；步骤3，利用所述脉冲间隔跨度单光子统计直方图对回波目标进行提取，提取出z个含测距模糊度的疑似目标；步骤4，对每个疑似目标，在对应的所述编码码长跨度单光子统计直方图中找到n个可能的对应点，进而得到n个按序排列的光子计数直方图统计值；步骤5，求n个按序排列的光子计数直方图统计值与编码码序的互相关性，互相关性最大的疑似目标即为真实目标；确定真实目标所对应的光子计数直方图统计值序列和编码码序之间的相位关系，得到无测距模糊的测距距离。

【技术特征摘要】
1.一种去测距模糊的单光子激光测距方法，其特征在于，步骤如下：步骤1，根据最远测距距离扩展n倍的需求设定n位伪随机码；步骤2，测距时激光器发出重复的以所述伪随机码的码长n为周期的经过伪随机码调制的激光脉冲序列，并分别以脉冲发射起始时刻及编码码序发射起始时刻为计数起始时刻，按照TCSPC方法实现单光子计数，得到脉冲间隔跨度单光子统计直方图及编码码长跨度单光子统计直方图；步骤3，利用所述脉冲间隔跨度单光子统计直方图对回波目标进行提取，提取出z个含测距模糊度的疑似目标；步骤4，对每个疑似目标，在对应的所述编码码长跨度单光子统计直方图中找到n个可能的对应点，进而得到n个按序排列的光子计数直方图统计值；步骤5，求n个按序排列的光子计数直方图统计值与编码码序的互相关性，互相关性最大的疑似目标即为真实目标；确定真实目标所对应的光子计数直方图统计值序列和编码码序之间的相位关系，得到无测距模糊的测距距离。2.根据权利要求1所述的去测距模糊的单光子激光测距方法，其特征在于，步骤5中根据光子计数直方图统计值与编码码序的互相关性获得真实目标的步骤包括：步骤5-1，将当前z个疑似目标和前若干次得到的各z个疑似目标实现位置匹配，找出所有的匹配路径；步骤5-2，将每个匹配路径的n个按序排列的光子计数直方图统计值更新为所有匹配节点的直方图统计序列之和；步骤5-3，计算n个按序排列的光子计数直方图统计值和编码码序的相关性，通过相关系数最大值得到两组序列间的相位关系，获得该路径计算得到的相位偏差及最大相关系数T，计算所有匹配路径的最大相关系数中的最大值，得到和激光编码码序匹配度最高的目标路径，将该路径的当前测量的疑似目标节点作为真实目标。3.根据权利要求2所述的去测距模糊的单光子激光测距方法，其特征在于，步骤5-3中还包括对匹配点的直方图统计序列先进行累加处理再进行码相关性计算。4.根据权利要求2或3所述的去测距模糊的单光子激光测距方法，其特征在于，步骤5-1中将当前z个疑似目标和前4次得到的各z个疑似目标进行位置匹配，在前4次得到的与当前疑似目标位置偏差小于T值的范围内查找对应次测量的疑似目标实现位置匹配，找出所有的匹配路径。5.根据权利要求1-3中任一项所述的去测距模糊的单光子激光测距方法，其特征在于，步骤3中找到在所述脉冲间隔跨度单光子统计直方图中的所有波峰值，将最大的z个波峰值所在的位置或者是将大于设定阈值的z个波峰值所在的位置作为疑似目标。6.一种去测距模糊的单光子...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明锁，朱海博，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41