一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统和方法，其中，所述系统包括：发射系统、光功率调节系统和接收系统；发射系统，用于发射测量光信号和补偿光信号；光功率调节系统，用于调节发射系统中补偿光信号的发射功率；接收系统，用于接收反射光信号，依次确定第一相位值和第二相位值，并根据第一相位值与第二相位值的差值，确定所述待测目标物的距离。通过本发明专利技术消除了APD的相位误差，达到了高精度的测距性能的要求。

Laser ranging system and method based on APD optical power self compensation

The invention discloses a method which is based on optical power APD laser ranging system and method of self compensation, the system includes: a light emitting system, power control system and receiving system; launch system, used for emission measurements of optical signal and optical signal compensation; optical power control system for transmission power compensation signal emission regulation in the system; the receiving system, for receiving the reflected light signal, in order to determine the first phase and second phase value, and according to the first phase and second phase difference value, determining the distance of object to be measured. The phase error of the APD is eliminated by the method, and the requirement of high precision ranging performance is achieved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于距离测量
，尤其涉及一种基于APD的光功率自补偿的激光测距方法和系统。
技术介绍
雪崩二极管(AvalanchePhotoDiode，APD)相对于二极管(PositiveInputNegative，PIN)作为光电转换器件具有很大的内增益，提高了激光测距系统的信噪比和灵敏度，适合高精度场合。但是，APD是一个非线性的器件，对于入射其上的光信号产生非线性响应，响应时间随温度、APD偏置电压以及光功率等变化，同时在相位法激光测距系统中，回光信号随距离增加成二次方的减小，当回光信号光功率小于某个值时，则会由于APD的非线性导致相位误差，进而导致测量得到的距离存在误差。目前，对于APD产生的相位误差的补偿是通过标定的方法进行修正。然而，现有的标定修正方法存在诸多问题：1、一般只考虑到温度、APD偏置电压以及光功率等外界因素中的其中一个，当其他外界因素发生变化时，难以实现补偿；2、元器件的老化等将导致各参数与相位的关系发生改变，原有标定曲线将无法实现对相位误差的准确补偿。可见，现有的相位误差补偿方案受外界条件影响较大，存在补偿误差较大、难以达到高精度的测距性能要求的问题。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统和方法，旨在消除APD的相位误差，达到高精度的测距性能。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统，包括：发射系统、光功率调节系统和接收系统；发射系统，用于向待测目标物发射频率为f的测量光信号、向反光镜发射频率为0的补偿光信号；以及，在接收系统确定接收到的测量光信号对应的反射光信号与补偿光信号对应的反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，停止向待测目标物发射测量光信号，并，向反光镜发射功率为P0、频率为f的补偿光信号；光功率调节系统，用于调节发射系统中补偿光信号的发射功率，以使接收系统接收到的测量光信号对应的反射光信号与补偿光信号对应的反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致；接收系统，用于接收频率为f的测量光信号经待测目标物反射后返回的反射光信号，和，接收频率为0的补偿光信号经反光镜反射后返回的反射光信号；以及，判断接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P是否一致；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，确定当前时刻下的测量光信号对应的反射光信号的第一相位值和当前时刻下的补偿光信号的功率P0；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P不一致时，控制所述光功率调节系统对发射系统中补偿光信号的发射功率进行调节；以及，接收功率为P0、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号，确定所述功率为P0、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号的第二相位值；以及，根据所述第一相位值与第二相位值的差值，确定所述待测目标物的距离。在上述基于APD的光功率自补偿的激光测距系统中，发射系统包括：测距激光发生器、补偿激光发生器和开关切换单元；接收系统包括：APD、相位提取单元和处理器；测距激光发生器，用于向待测目标物发射频率为f、功率为P1的测量光信号；补偿激光发生器，用于向反光镜发射频率为0、功率为P2的补偿光信号；APD，用于接收频率为f、功率为P1的测量光信号经待测目标物反射后返回的反射光信号以及接收频率为0、功率为P2的补偿光信号经反光镜反射后返回的反射光信号；判断接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P是否一致；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时。控制相位提取单元的执行；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P不一致时，根据接收到的各反射光信号的光功率之和，计算得到电流I1；光功率调节系统，用于根据电流I1得到调节电流I2，将调节电流I2输入至补偿激光发生器，以使补偿激光发生器根据所述调节电流I2向反光镜发射频率为0、功率为P3的补偿光信号；其中，所述光功率调节系统基于所述接收系统、光功率调节系统和发射系统构成的闭环系统对补偿激光发生器的发射功率进行循环调节，直至APD接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致；相位提取单元，用于在APD确定接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，确定当前时刻下的测量光信号对应的反射光信号的第一相位值；处理器，用于在APD确定接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，确定当前时刻下的补偿光信号的功率P0，并将功率P0发送至补偿激光发生器；开关切换单元，用于在APD确定接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，关闭测距激光发生器，停止向待测目标物发射测量光信号；补偿激光发生器，还用于在APD确定接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，向反光镜发射功率为P0、频率为f的补偿光信号；相位提取单元，还用于确定功率为P0、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号的第二相位值；处理器，还用于根据所述第一相位值与第二相位值的差值，确定所述待测目标物的距离。在上述基于APD的光功率自补偿的激光测距系统中，所述处理器，还用于预先设置APD的接收功率为所述预设参考功率P，并将所述预设参考功率P配置至光功率调节系统。在上述基于APD的光功率自补偿的激光测距系统中，所述光功率调节系统，包括：误差比较单元和模拟控制器；误差比较单元，用于计算得到所述预设参考功率P对应的电流I，得到所述电流I与电流I1的差值e；模拟控制器，用于根据所述差值e解算得到调节电流I2，将所述调节电流I2输入至补偿激光发生器，以使补偿激光发生器根据所述调节电流I2向反光镜发射频率为0、功率为P3的补偿光信号。在上述基于APD的光功率自补偿的激光测距系统中，功率P0、P1、P2和P3均小于所述预设参考功率P。相应的，本专利技术还公开了一种基于APD的光功率自补偿的激光测距方法，包括：通过发射系统向待测目标物发射频率为f的测量光信号、向反光镜发射频率为0的补偿光信号；通过接收系统接收频率为f的测量光信号经待测目标物反射后返回的反射光信号，和，接收频率为0的补偿光信号经反光镜反射后返回的反射光信号；判断接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P是否一致；当确定接收系统接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P不一致时，通过光功率调节系统调节发射系统中补偿光信号的发射功率，以使接收系统接收到的测量光信号对应的反射光信号与补偿光信号对应的反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致；当接收系统接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，确定当前时刻下的测量光信号对应的反射光信号的第一相位值和当前时刻下的补偿光信号的功率P0；以及，控制发射系统停止向待测目标物发射测量光信号，且，向反光镜发射功率为P0、频率为f的补偿光信号；确定当前时刻下，所述功率为P0、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号的第二相位值；根据所述第一相位值与第二相位值的差值，确定所述待测目标物的距离。本专利技术具有以下优点：本专利技术公开的方案，可以通过光功率调节系统保持APD接收到的光功率始终恒定为预设参考功率P，进而消除由距离导致的光功率的变化，也即，由光功率导致的相位差保持恒定。其次，在测量光信号和补偿光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统，其特征在于，所述系统包括：发射系统、光功率调节系统和接收系统；发射系统，用于向待测目标物发射频率为f的测量光信号、向反光镜发射频率为0的补偿光信号；以及，在接收系统确定接收到的测量光信号对应的反射光信号与补偿光信号对应的反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，停止向待测目标物发射测量光信号，并，向反光镜发射功率为P0、频率为f的补偿光信号；光功率调节系统，用于调节发射系统中补偿光信号的发射功率，以使接收系统接收到的测量光信号对应的反射光信号与补偿光信号对应的反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致；接收系统，用于接收频率为f的测量光信号经待测目标物反射后返回的反射光信号，和，接收频率为0的补偿光信号经反光镜反射后返回的反射光信号；以及，判断接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P是否一致；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，确定当前时刻下的测量光信号对应的反射光信号的第一相位值和当前时刻下的补偿光信号的功率P0；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P不一致时，控制所述光功率调节系统对发射系统中补偿光信号的发射功率进行调节；以及，接收功率为P0、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号，确定所述功率为P0、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号的第二相位值；以及，根据所述第一相位值与第二相位值的差值，确定所述待测目标物的距离。...

【技术特征摘要】
1.一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统，其特征在于，所述系统包括：发射系统、光功率调节系统和接收系统；发射系统，用于向待测目标物发射频率为f的测量光信号、向反光镜发射频率为0的补偿光信号；以及，在接收系统确定接收到的测量光信号对应的反射光信号与补偿光信号对应的反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，停止向待测目标物发射测量光信号，并，向反光镜发射功率为P0、频率为f的补偿光信号；光功率调节系统，用于调节发射系统中补偿光信号的发射功率，以使接收系统接收到的测量光信号对应的反射光信号与补偿光信号对应的反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致；接收系统，用于接收频率为f的测量光信号经待测目标物反射后返回的反射光信号，和，接收频率为0的补偿光信号经反光镜反射后返回的反射光信号；以及，判断接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P是否一致；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，确定当前时刻下的测量光信号对应的反射光信号的第一相位值和当前时刻下的补偿光信号的功率P0；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P不一致时，控制所述光功率调节系统对发射系统中补偿光信号的发射功率进行调节；以及，接收功率为P0、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号，确定所述功率为P0、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号的第二相位值；以及，根据所述第一相位值与第二相位值的差值，确定所述待测目标物的距离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发射系统包括：测距激光发生器、补偿激光发生器和开关切换单元；接收系统包括：APD、相位提取单元和处理器；测距激光发生器，用于向待测目标物发射频率为f、功率为P1的测量光信号；补偿激光发生器，用于向反光镜发射频率为0、功率为P2的补偿光信号；APD，用于接收频率为f、功率为P1的测量光信号经待测目标物反射后返回的反射光信号以及接收频率为0、功率为P2的补偿光信号经反光镜反射后返回的反射光信号；判断接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P是否一致；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时,控制相位提取单元的执行；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P不一致时，根据接收到的各反射光信号的光功率之和，计算得到电流I1；光功率调节系统，用于根据电流I1得到调节电流I2，将调节电流I2输入至补偿激光发生器，以使补偿激光发生器根据所述调节电流I2向反光镜发射频率为0、功率为P3的补偿光信号；其中，所述光功率调节系统基于所述接收系统、光功率调节系统和发射系统构成的闭环系统对补偿激光发生器的发射功率进行循环调节，直至APD接收到的各反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵光再，刘鹏，史青，李金洋，王东礼，孙舟璐，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11