脉冲激光测距仪制造技术

本发明专利技术实施例提供一种脉冲激光测距仪，包括：数字信号处理器；数字信号处理器包括相关算法单元和逻辑处理单元；相关算法单元用于对回波脉冲串信号与发射脉冲串信号进行互相关处理，以提高回波脉冲串信号的信噪比，获得回波脉冲串信号与发射脉冲串信号之间的第一延时时长；其中，发射脉冲串信号与向被测目标发射的激光相对应，回波脉冲串信号与被测目标反射回的激光相对应；逻辑处理单元用于根据第一延时时长计算获得被测目标的第一距离。本发明专利技术提供采用两套测距的计算方法，使得远距离的测距在保证精准的的情况下成为可能，另外，首次在便携式远距离测距系统中采用VCSEL，发射激光的发散角被压缩到毫弧度量级，减轻发射系统结构的复杂性。

Pulse Laser Range Finder

The embodiment of the present invention provides a pulse laser rangefinder, which includes a digital signal processor, a digital signal processor including a correlation algorithm unit and a logic processing unit, and a correlation algorithm unit for cross-correlation processing of the echo pulse train signal and the transmitted pulse train signal to improve the signal-to-noise ratio of the echo pulse train signal and obtain the echo pulse train signal and the transmitted pulse train signal. The first delay time between the two is long; where the transmitted pulse train signal corresponds to the laser emitted to the target under test, and the echo pulse train signal corresponds to the laser reflected back from the target under test; and the logic processing unit is used to calculate the first distance of the target under test according to the first delay time. The invention provides two sets of calculating methods for ranging, which makes it possible for long-distance ranging to ensure accuracy. In addition, for the first time, VCSEL is used in portable long-distance ranging system, and the divergence angle of the emitting laser is compressed to the milliarc level, thus reducing the complexity of the structure of the transmitting system.

【技术实现步骤摘要】
脉冲激光测距仪
本专利技术实施例涉及激光测距领域，更具体地，涉及一种脉冲激光测距仪。
技术介绍
由于激光具有单色性好、方向性好以及能量高等优点逐渐被应用于医疗保健、军事对抗、应用加工和测量测距等研究领域。其中，激光测距更是取代之前的微波测距成为测距领域的新宠。传统测距方式中，相位法激光测距仅仅局限于短距离(几百米)，且设计电路复杂；干涉法激光测距受环境的干扰比较大，难以实现野外恶劣环境下的远距离测距。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的脉冲激光测距仪。本专利技术实施例提供一种脉冲激光测距仪，包括：数字信号处理器；数字信号处理器包括相关算法单元和逻辑处理单元；相关算法单元用于对回波脉冲串信号与发射脉冲串信号进行互相关处理，以提高回波脉冲串信号的信噪比，获得回波脉冲串信号与发射脉冲串信号之间的第一延时时长；其中，发射脉冲串信号与向被测目标发射的激光相对应，回波脉冲串信号与被测目标反射回的激光相对应；逻辑处理单元用于根据第一延时时长计算获得被测目标的第一距离。本专利技术实施例提供的脉冲激光测距仪，通过利用相关算法单元对回波脉冲串信号与发射脉冲串信号进行互相关处理，提高回波脉冲串信号的信噪比，基于信噪比计算获得的被测目标的距离较为准确，能够实现远距离测距，并保证测量精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的脉冲激光测距仪的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的调制发射脉冲信号的示意图；图3为本专利技术实施例提供的含有噪声的发射信号的示意图；图4为本专利技术实施例提供的含有噪声的回波信号的示意图；图5为本专利技术实施例提供的相关处理之后的信号的示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。现有技术中设计的脉冲激光测距仪通常利用单一的阈值鉴别法，即将脉冲回波信号转化为电信号之后与设定阈值作比较，然后作为STOP信号。此种方法适用于回波信号的信噪比较好的情况。当测距的距离不断加长，回波的能量就会十分微弱，加之环境光的干扰，信噪比就会变得比较低，在此种情况下，信号就会被噪声淹没，所以单一的阈值鉴别法将失去作用，测距将无法精确完成。基于此，本专利技术实施例提供一种脉冲激光测距仪，利用该脉冲激光测距仪相比于现有技术具有更远的测程。参见图1，该脉冲激光测距仪包括：数字信号处理器；数字信号处理器包括相关算法单元和逻辑处理单元；相关算法单元用于对回波脉冲串信号与发射脉冲串信号进行互相关处理，以提高回波脉冲串信号的信噪比，获得回波脉冲串信号与发射脉冲串信号之间的第一延时时长；其中，发射脉冲串信号与向被测目标发射的激光相对应，回波脉冲串信号与被测目标反射回的激光相对应；逻辑处理单元用于根据第一延时时长计算获得被测目标的第一距离。其中，数字信号处理器可采用DSP。发射脉冲串信号与向被测目标发射的激光相对应是指，脉冲激光测距仪是基于发射脉冲串信号的驱动，向被测目标发射的激光。相应地，回波脉冲串信号与被测目标反射回的激光相对应是指，脉冲激光测距仪接收到被测目标反射回的激光后，将激光转换为该回波脉冲串信号。通过利用相关算法单元进行互相关处理，能够降低回波脉冲串信号中的噪声，从而能够提高回波脉冲串信号的信噪比。在进行互相关处理后，处理的结果可计算出二者的第一延时时长τ。基于第一延时时长τ，可进一步基于逻辑处理单元计算获得被测目标与激光测距仪之间的第一距离，即L＝1/2*c*τ。提高回波脉冲信号的信噪比后获得的被测目标的第一距离较为准确。具体地，测距领域，测距方程一般可表示如下：式中，L为探测距离，PS(λ)为发射功率，K为利用效率，D0为接收系统口径，D*为探测器的比探测率，Ω1为激光发散角，Vs/Vn为信噪比，Ad为探测器面积，Δf为系统带宽，k(λ)为大气衰减系数。以仿真结果为例，原始回波信号的信噪比SNR0可探测的距离为L0，互相关后的信噪比SNR1可探测的距离为L1，在其他条件相同的条件下，能见度良好的情况下，推算距离与信噪比的关系有如下表示：基于上式可知，随着信噪比的增加，测量距离必然增加。另外，应当说明的是，本专利技术实施例提供的脉冲激光测距仪在适用于远距离测距的同时，在近距离测距同样可以适用。本专利技术实施例提供的脉冲激光测距仪，通过利用相关算法单元对回波脉冲串信号与发射脉冲串信号进行互相关处理，提高回波脉冲串信号的信噪比，基于信噪比计算获得的被测目标的距离较为准确，能够实现远距离测距，并保证测量精度。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，相关算法单元对回波脉冲串信号与发射脉冲串信号进行互相关处理，具体通过如下方式：式中，x1(t)为发射脉冲串信号，S(t-at0)为发射脉冲信号，N1(t)为发射噪声信号，b(t)为回波信号的幅值衰减因子，它跟时间以及噪声强度相关；τ为回波脉冲和发射脉冲之间的时间延迟，t0为脉冲串相邻脉冲的间隔；x2(t)为回波脉冲串信号，S(t-at0-τ)为回波信号，N2(t)回波噪声信号；M为脉冲串中脉冲的个数，a为脉冲在脉冲串中的计数位置，将脉冲串的回波信号进行互相关处理：Rss＝(t-τ)≤Rss(0)τ＝arg[maxR(τ)]其中，R(τ)为相关函数，T为周期，Rss表示相关函数的取值，因此，当t＝τ时，互相关函数得到最大值。基于上述相关处理算法进行模拟计算，相关算法之后的计算结果可参见图2至图5。并且，仿真结果显示信噪比由1.03dB提高到21.46dB，理论测量距离达到原来的2.136倍。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，脉冲激光测距仪还包括：驱动电路和激光二极管；数字信号处理还包括脉冲序列单元；脉冲序列单元的输出端与驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端与激光二极管的输入端连接；脉冲序列单元用于生成发射脉冲串信号，并将发射脉冲串信号发送至驱动电路；驱动电路用于接收发射脉冲串信号，并根据发射脉冲串信号驱动激光二极管向被测目标发射激光。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，激光二极管为垂直腔面发射激光器。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，脉冲激光测距仪还包括：高压电路和发射光学透镜；高压电路的输出端与驱动电路的输入端连接，发射光学透镜设置于激光二极管与被测目标之间。具体地，DSP中脉冲序列单元产生调制多脉冲信号(多脉冲信号为发射脉冲串信号中的一种)，并存储有原始脉冲串信号(即发射脉冲串信号)。驱动电路接收到信号之后驱动VCSEL(即垂直腔面发射激光器)发光。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，脉冲激光测距仪还包括：APD探测器、前置放大电路、主放大电路和A/D转换电路；APD探测器的输出端与前置放大电路的输入端连接，前置放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲激光测距仪，其特征在于，包括：数字信号处理器；所述数字信号处理器包括相关算法单元和逻辑处理单元；所述相关算法单元用于对回波脉冲串信号与发射脉冲串信号进行互相关处理，以提高所述回波脉冲串信号的信噪比，获得所述回波脉冲串信号与所述发射脉冲串信号之间的第一延时时长；其中，所述发射脉冲串信号与向被测目标发射的激光相对应，所述回波脉冲串信号与所述被测目标反射回的激光相对应；所述逻辑处理单元用于根据所述第一延时时长计算获得所述被测目标的第一距离。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲激光测距仪，其特征在于，包括：数字信号处理器；所述数字信号处理器包括相关算法单元和逻辑处理单元；所述相关算法单元用于对回波脉冲串信号与发射脉冲串信号进行互相关处理，以提高所述回波脉冲串信号的信噪比，获得所述回波脉冲串信号与所述发射脉冲串信号之间的第一延时时长；其中，所述发射脉冲串信号与向被测目标发射的激光相对应，所述回波脉冲串信号与所述被测目标反射回的激光相对应；所述逻辑处理单元用于根据所述第一延时时长计算获得所述被测目标的第一距离。2.根据权利要求1所述的脉冲激光测距仪，其特征在于，所述相关算法单元对回波脉冲串信号与发射脉冲串信号进行互相关处理，具体通过如下方式：Rss＝(t-τ)≤Rss(0)τ＝arg[maxR(τ)]式中，τ为第一延时时长，S(t-at0)为发射脉冲信号，b(t)为回波信号的幅值衰减因子，t0为脉冲串相邻脉冲的时间间隔，S(t-at0-τ)为回波信号，M为脉冲串中脉冲的个数，a为脉冲在脉冲串中的计数位置，Rss为相关函数的取值，R(τ)为相关函数，T为周期。3.根据权利要求1所述的脉冲激光测距仪，其特征在于，还包括：驱动电路和激光二极管；所述数字信号处理还包括脉冲序列单元；所述脉冲序列单元的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端与所述激光二极管的输入端连接；所述脉冲序列单元用于生成所述发射脉冲串信号，并将所述发射脉冲串信号发送至所述驱动电路；所述驱动电路用于接收所述发射脉冲串信号，并根据所述发射脉冲串信号驱动所述激光二极管向所述被测目标发射激光。4.根据权利要求3所述的脉冲激光测距仪，其特征在于，所述激光二极管为垂直腔面发射激光器。5.根据权利要求3所述的脉冲激光测距仪，其特征在于，还包括：高压电路和发射光学透镜；所述高压电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述发射光学透镜设置于所述激光二极管与所述被测目标之间。6.根据权利要求1所述的脉冲激光测距仪，其特征在于，还包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，邹吉跃，刘学胜，赵明，黄瑞，向美华，刘友强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11