一种激光测距方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光测距方法及系统，本发明专利技术通过对混频后的电信号进行下变频，将频率降到0频，然后对降频后的信号进行采样，使采样频率要大于信号的带宽，这样后续的数据处理能力能大大提升，同时采样位数也比下变频前提高，从而提高系统的信噪比，提高了作用距离，同时功耗体积也减小。

【技术实现步骤摘要】
一种激光测距方法及系统
本专利技术涉及激光探测
，特别是涉及一种激光测距方法及系统。
技术介绍
脉冲激光测距系统的原理与微波脉冲雷达测距原理相似，在测距点向被测目标发射激光脉冲，激光脉冲发射到目标后一小部分激光反射到测距点被光探测器接收器接收。设目标距离为R，激光脉冲往返经过的时间为t，光在空气中传播的速度为c，则测距公式如下：R＝ct/2。现有的脉冲激光测距法一般采用直接接收的方式。激光直接接收的探测器将照到其光敏面上的光功率转化为随时间变化的光电流或光功率，通过探测激光回波信号的幅值来判定是否有无回波信号。为了提高作用距离，一般通过对激光发射源提高峰值功率，减小脉冲宽度。但是激光发射源的峰值功率的提高是有限制的，而且随着峰值功率的提高，相应的激光发射源的功耗、体积、冷却装置都会很大，无法满足实际应用场景的使用。为了解决这个问题，在接收方式上采用相干外差接收。将含有噪声的微弱电信号与另一路参考电信号混合起来，进行相关积分，利用有效信号与噪声的不相关性消除噪声，将有效信号检测出来。针对这种探测方式，提高作用距离可以通过增大激光能量的方法，即增大脉冲宽度，也适当提高峰值功率，这样就能在激光器的平均功率比较小的情况下，作用距离较远。这种情况下激光器的功耗、体积都比较小。针对相干外差接收的情况，对本振光和信号光的准直、频率稳定性等光的相干条件要求很高。同时在处理上需要对回波信号进行采样，由于回波信号是本振光和信号光混频后的电信号，此电信号一般在500MHz左右，如果直接对此信号进行采样，至少需要1GHz的采样率，这样对后续的数据处理能量要求很高，很难满足实时的应用需求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种激光测距方法及系统，以解决现有技术中针对相干外差接收的情况，直接对混频信号进行数据处理难度较大的问题。第一方面，本专利技术提供了一种激光测距方法，包括：将待测目标返回的激光回波信号与本振光信号进行混频得到混频信号，将混频信号转换为混频电信号，并对混频电信号进行信号放大；将放大后的混频电信号分成若干段，并对每一段信号均进行以下处理：将分段后的信号均分成两路，并分别将该两路信号与相对相位为90°的正弦振荡信号相混频，得到I路信号和Q路信号；将I路信号和Q路信号的频率搬移到零频，进行过滤，滤出高频信号，并保留低频信号，得到带宽为预定带宽B，频率在零频的I路信号和Q路信号；对过滤后的I路信号和Q路信号进行采集，并通过预设数量的半带滤波器级联的方式，按照有限冲击响应FIR滤波器的滤波处理能力对采集到的I路信号和Q路信号进行抽取；通过所述有限冲击响应FIR滤波器对采集到的I路信号和Q路信号进行滤波，得到两路数字化的I路信号和Q路信号；基于两路数字化的I路信号和Q路信号计算复信号x(n)＝I(n)+jQ(n)，对复信号做FFT运算，得到零频处的频谱，并根据该频谱的频谱值判定在该分段内是否存在目标信息，并在确定存在所述目标信息后，基于所述目标信息计算待测目标的距离。优选地，所述两个相对相位为90°的正弦振荡信号为由两个正弦振荡器产生。优选地，对过滤后的I路信号和Q路信号进行采集，包括：对过滤后的I路信号和Q路信号通过ADC进行采集，采样率满足奈奎斯特定理。优选地，通过预设数量的半带滤波器级联的方式，对采集到的两路信号进行抽取，包括：通过N个半带滤波器级联的方式对采集到的两路信号进行2N倍抽取，所述N为自然数。优选地，所述本振光信号为由调频宽脉冲光纤激光器产生。第二方面，本专利技术提供了一种激光测距系统，包括：混频器，用于将待测目标返回的激光回波信号与本振光信号进行混频得到混频信号；探测器，用于将混频信号转换为混频电信号，并对混频电信号进行信号放大，并将放大后的混频电信号分成若干段，并对每一段信号均进行以下处理：将分段后的信号均分成两路，并分别将该两路信号与相对相位为90°的正弦振荡信号相混频，得到I路信号和Q路信号，将I路信号和Q路信号的频率搬移到零频；低通滤波器，用于对搬移到零频的I路信号和Q路信号进行过滤，滤出高频信号，并保留低频信号，得到带宽为预定带宽B，频率在零频的I路信号和Q路信号；ADC用于，对过滤后的I路信号和Q路信号进行采集；预设数量的半带滤波器，通过级联的方式连接，按照有限冲击响应FIR滤波器的滤波处理能力对采集到的I路信号和Q路信号进行抽取；有限冲击响应FIR滤波器，用于对采集到的两路信号进行滤波，得到两路数字化的I路信号和Q路信号；处理器，用于基于两路数字化的I路信号和Q路信号计算复信号x(n)＝I(n)+jQ(n)，对复信号做FFT运算，得到零频处的频谱，并根据该频谱的频谱值判定在该分段内是否存在目标信息，并在确定存在所述目标信息后，基于所述目标信息计算待测目标的距离。优选地，该系统还包括：两个正弦振荡器，用于产生所述两个相对相位为90°的正弦振荡信号。优选地，所述ADC还用于，对过滤后的I路信号和Q路信号通过ADC进行采集，采样率满足奈奎斯特定理。优选地，所述半带滤波器为N个，并通过N个半带滤波器级联对采集到的两路信号进行2N倍抽取，所述N为自然数。优选地，该系统还包括：调频宽脉冲光纤激光器；所述调频宽脉冲光纤激光器，用于产生所述本振光信号。本专利技术有益效果如下：本专利技术通过对混频后的电信号进行下变频，将频率降到0频，然后对降频后的信号进行采样，使采样频率要大于信号的带宽，这样后续的数据处理能力能大大提升，同时采样位数也比下变频前提高，从而提高系统的信噪比，提高了作用距离，同时功耗体积也减小。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的一种激光测距方法的流程示意图；图2是本专利技术第一实施例提供的对I路信号和Q路信号进行抽取和滤波的示意图。具体实施方式本专利技术实施例通过对混频后的电信号进行下变频，将频率降到0频，然后对降频后的信号进行采样，使采样频率要大于信号的带宽，这样后续的数据处理能力能大大提升，同时采样位数也比下变频前提高，从而提高系统的信噪比，提高了作用距离，同时功耗体积也减小。以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。本专利技术第一实施例提供了一种激光测距方法，参见图1，该方法包括：S101、将待测目标返回的激光回波信号与本振光信号进行混频得到混频信号，将混频信号转换为混频电信号，并对混频电信号进行信号放大；具体来说，本专利技术实施例是通过调频宽脉冲光纤激光器产生所述本振光信号。并且，本专利技术实施例是以能够采集到混频电信号为准，来对混频电信号进行信号放大，例如，对混频电信号进行三级信号放大，等等。S102、将放大后的混频电信号分成若干段，并对每一段信号均进行以下处理；S103、将分段后的信号均分成两路，并分别将该两路信号与相对相位为90°的正弦振荡信号相混频，得到I路信号和Q路信号；本专利技术实施例所述两个相对相位为90°的正弦振荡信号为由两个正弦振荡器产生。S104、将I路信号和Q路信号的频率搬移到零频，进行过滤，滤出高频信号，得到带宽为预定带宽B，频率在零频的I路信号和Q路信号；由于I、Q两路信号在搬移的过程中均会产生高频信号，具体来说，该高频信号分别为原I、Q信号频率的2倍，在具体实施时，需将该高频信号进行滤除。S105、对过滤后的I路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光测距方法，其特征在于，包括：将待测目标返回的激光回波信号与本振光信号进行混频得到混频信号，将混频信号转换为混频电信号，并对混频电信号进行信号放大；将放大后的混频电信号分成若干段，并对每一段信号均进行以下处理：将分段后的信号均分成两路，并分别将该两路信号与相对相位为90°的正弦振荡信号相混频，得到I路信号和Q路信号；将I路信号和Q路信号的频率搬移到零频，进行过滤，滤出高频信号，并保留低频信号，得到带宽为预定带宽B，频率在零频的I路信号和Q路信号；对过滤后的I路信号和Q路信号进行采集，并通过预设数量的半带滤波器级联的方式，按照有限冲击响应FIR滤波器的滤波处理能力对采集到的I路信号和Q路信号进行抽取；通过所述有限冲击响应FIR滤波器对采集到的I路信号和Q路信号进行滤波，得到两路数字化的I路信号和Q路信号；基于两路数字化的I路信号和Q路信号计算复信号x(n)＝I(n)+jQ(n)，对复信号做FFT运算，得到零频处的频谱，根据该频谱的频谱值判定在该分段内是否存在目标信息，并在确定存在所述目标信息后，基于所述目标信息计算待测目标的距离。

【技术特征摘要】
1.一种激光测距方法，其特征在于，包括：将待测目标返回的激光回波信号与本振光信号进行混频得到混频信号，将混频信号转换为混频电信号，并对混频电信号进行信号放大；将放大后的混频电信号分成若干段，并对每一段信号均进行以下处理：将分段后的信号均分成两路，并分别将该两路信号与相对相位为90°的正弦振荡信号相混频，得到I路信号和Q路信号；将I路信号和Q路信号的频率搬移到零频，进行过滤，滤出高频信号，并保留低频信号，得到带宽为预定带宽B，频率在零频的I路信号和Q路信号；对过滤后的I路信号和Q路信号进行采集，并通过预设数量的半带滤波器级联的方式，按照有限冲击响应FIR滤波器的滤波处理能力对采集到的I路信号和Q路信号进行抽取；通过所述有限冲击响应FIR滤波器对采集到的I路信号和Q路信号进行滤波，得到两路数字化的I路信号和Q路信号；基于两路数字化的I路信号和Q路信号计算复信号x(n)＝I(n)+jQ(n)，对复信号做FFT运算，得到零频处的频谱，根据该频谱的频谱值判定在该分段内是否存在目标信息，并在确定存在所述目标信息后，基于所述目标信息计算待测目标的距离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个相对相位为90°的正弦振荡信号为由两个正弦振荡器产生。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对过滤后的I路信号和Q路信号进行采集，包括：对过滤后的I路信号和Q路信号通过ADC进行采集，采样率满足奈奎斯特定理。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过预设数量的半带滤波器级联的方式，对采集到的两路信号进行抽取，包括：通过N个半带滤波器级联的方式对采集到的两路信号进行2N倍抽取，所述N为自然数。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述本振光信号为由调频宽脉冲光纤激光器产生。6.一种激光测...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，周寿桓，眭晓林，颜子恒，吴姿妍，李瑞锋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11