一种相位式激光测距系统及测距方法技术方案

本发明专利技术公开了一种相位式激光测距系统，包括频率调制器、内、外光源、探测器、第一、第二混频器、以及处理器；其中频率调制器生成至少一个主振信号和至少一个本振信号，并通过主振信号驱动内、外光源发射调制光信号至探测器与目标区域；探测器接收内光源发射的调制光信号及经反射的回波信号并转换为电信号；第一混频器对电信号与本振信号混频得到参考信号与探测信号；第二混频器对本振信号与内、外光源生成的第一、第二调制电信号进行混频得到第一、第二混频信号；处理器计算得到参考信号与探测信号的相位差，以及第一、第二混频信号的相位差，将该差值作为补偿值对参考信号与探测信号的相位差进行补偿，计算出距离值。本发明专利技术可以有效提升测距精度。

A phase laser ranging system and ranging method

【技术实现步骤摘要】
一种相位式激光测距系统及测距方法
本专利技术涉及激光测距
，尤其涉及一种相位式激光测距系统及测距方法。
技术介绍
激光测距系统是一种发射激光束探测目标物体、速度等信息的系统。激光测距系统主要工作原理是利用激光发射模块朝向目标物体发射激光脉冲(激光束)，经过目标物体反射回来的激光信号(激光脉冲)被激光接收模块接收，根据接收到的回波信号探测目标物体的距离信息。激光测距系统具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，因而广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等众多
在实际应用中，激光测距系统根据工作原理的不同主要分为飞行时间法(TOF)、三角法和相位法。其中，基于飞行时间法的系统探测距离远，但测距精度、黑白差距大、测距温漂变化也大；而基于三角法的系统探测距离较短，只有大概几米的距离；而相位法弥补了其他两种方法的不足，基于相位法的探测系统具有探测精度高、黑白差距好的特点，探测距离可达五十米左右。然而，相位式探测系统在应用中依然面临着许多问题，受环境影响大，在探测过程中环境温度以及环境光都会对测量的精确度造成很大影响，此外，在探测具有不同反射率的目标物体时，反射回波信号响应度不同，检测器单元很难实施调控自身的响应特性，而且，激光器在工作时会导致温度上升，造成模式不稳定、使用寿命缩减等问题。故，针对上述现有技术存在的问题，实在有必要设计一种有效的解决方法，解决激光测距系统在应用中存在的问题，保证激光测距系统具有精度高、寿命长、结构紧凑、装配简单、成本低等特点。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种相位式激光测距系统及测距方法，以解决上述
技术介绍
问题中的至少一种。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：一种相位式激光测距系统，包括发射单元以及光检测模块；所述发射单元包括有驱动器、频率调制器、以及外光源和内光源；所述光检测模块包括有探测器、第一混频器、第二混频器、以及控制器和处理器；其中，所述频率调制器用于生成至少一个主振信号和至少一个本振信号；其中，所述本振信号直接用于信号混频，而所述主振信号经过所述驱动器调制所述外光源与所述内光源分别发出第一调制光信号与第二调制光信号；所述探测器用于接收所述内光源发射的调制光信号以及所述外光源发射的调制光信号经目标物体后反射的回波信号并转换为电信号；所述第一混频器用于对所述电信号与所述本振信号进行混频得到参考信号与探测信号；所述第二混频器用于对所述本振信号与所述外光源、内光源生成的第一、第二调制电信号进行混频，得到第一、第二混频信号；所述控制器用于控制所述发射单元发射光信号并控制所述探测器接收所述回波信号，所述处理器用于计算处理得到所述参考信号与探测信号的相位差；以及，计算所述第一、第二混频信号的相位差，并将所述相位差作为补偿值对所述参考信号与探测信号的相位差进行补偿，进一步计算出待测目标的距离值。在一些实施例中，所述频率调制器生成至少两种频率不同的调制信号；其中，所述频率不同的调制信号包括至少一种高频信号。在一些实施例中，所述频率调制器还包括有处理电路，通过所述处理电路将生成的多个高频信号进行处理得到多个低频或中频信号。在一些实施例中，所述光检测模块还包括有信号处理电路以及采样电路；所述信号处理电路用于对所述第一、第二混频器输入的信号进行放大后传输至所述采样电路，经所述采样电路输入到所述处理器中进行鉴相分析。在一些实施例中，所述内、外光源分别为内、外激光器，所述第一调制电信号与所述第二调制电信号分别由所述外激光器与内激光器的管脚处引出。在一些实施例中，所述光检测模块还包括有采集反馈调节单元和高压采样电路；所述高压采样电路采集所述反馈调节单元输出的实时高压信号输入至所述处理器中，所述处理器根据探测信号的大小以及所述高压采样电路输入的高压信号调节所述反馈调节单元输出适当的高压到所述探测器上。在一些实施例中，所述反馈调节单元内设置有多路电压发射器以及高速切换开关，所述多路电压发射器同时发射多路高压信号，所述处理器调控所述高速切换开光切换不同的电压信号输出到所述探测器上。本专利技术另一技术方案为：一种光检测模块，包括接收单元以及控制和处理单元；其中，所述接收单元包括有探测器；所述控制和处理单元包括第一混频器、第二混频器、连接所述第一、第二混频器输出端的放大器、连接所述放大器的采样电路、连接所述采样电路输出的控制器和处理器、以及温度传感器、反馈调节单元以及高压采样电路；所述温度传感器用于实时探测所述探测器的温度，以获得所述探测器的温度采样数据，所述控制器根据所述温度采样数据调控所述探测器的初始电压；所述高压采样电路采集所述反馈调节单元输出的实时高压信号输入至所述处理器中，所述处理器根据探测信号的大小以及所述高压采样电路输入的高压信号调节所述反馈调节单元输出适当的高压到所述探测器上。在一些实施例中，所述反馈调节单元内设置有多路电压发射器以及高速切换开关，所述多路电压发射器同时发射多路高压信号，所述处理器调控所述高速切换开光切换不同的电压信号输出到探测器上。本专利技术又一技术方案为：一种相位式激光测距方法，包括如下步骤：步骤S1、发射单元通过频率调制器生成主振信号和本振信号，主振信号驱动内、外光源发射具有相应调制频率的调制光信号分别照射到探测器以及目标区域上；同时，通过所述外光源和内光源分别生成第一调制电信号和第二调制电信号；步骤S2、接收单元通过探测器接收所述外光源发射经目标物体反射的回波信号以及所述内光源发射的调制光信号，分别生成第一、第二响应信号；步骤S3、将所述第一、第二响应信号输入第一混频器中分别与所述本振信号进行混频，得到探测信号与参考信号；同时，将所述第一、第二调制电信号输入到第二混频器中分别与所述本振信号进行混频，得到第一、第二混频信号；步骤S4、将所述参考信号与探测信号输入处理器，通过计算处理得到所述参考信号与探测信号的相位差；同时，将所述第一、第二混频信号输入到所述处理器中，计算得到所述第一、第二混频信号的相位差，并将所述相位差作为补偿值对所述参考信号与探测信号的相位差进行补偿，进一步计算出待测目标的距离值。本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术相位式激光测距系统通过利用光电混频和电电混频的方式，根据激光器调制电信号的相位差补偿系统测距过程中产生的温漂性能，从而有效的提升测距精度。此外，根据回波信号的幅值，采取自动高压切换的方式，可以改善测试过程中面对目标具有不同反射率的情况，从而提升测距适应能力和可靠性。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相位式激光测距系统，其特征在于，包括：发射单元以及光检测模块；所述发射单元包括有驱动器、频率调制器、以及外光源和内光源；所述光检测模块包括有探测器、第一混频器、第二混频器、以及控制器和处理器；其中，/n所述频率调制器用于生成至少一个主振信号和至少一个本振信号；其中，所述本振信号直接用于信号混频，而所述主振信号经过所述驱动器调制所述外光源与所述内光源分别发出第一调制光信号与第二调制光信号；/n所述探测器用于接收所述内光源发射的调制光信号以及所述外光源发射的调制光信号到目标物体后反射的回波信号并转换为电信号；/n所述第一混频器用于对所述电信号与所述本振信号进行混频得到参考信号与探测信号；/n所述第二混频器用于对所述本振信号与所述外光源、内光源生成的第一、第二调制电信号进行混频，得到第一、第二混频信号；/n所述控制器用于控制所述发射单元发射光信号并控制所述探测器接收所述回波信号，所述处理器用于计算处理得到所述参考信号与探测信号的相位差；以及，计算所述第一、第二混频信号的相位差，并将所述相位差作为补偿值对所述参考信号与探测信号的相位差进行补偿，进一步计算出待测目标的距离值。/n

【技术特征摘要】
1.一种相位式激光测距系统，其特征在于，包括：发射单元以及光检测模块；所述发射单元包括有驱动器、频率调制器、以及外光源和内光源；所述光检测模块包括有探测器、第一混频器、第二混频器、以及控制器和处理器；其中，
所述频率调制器用于生成至少一个主振信号和至少一个本振信号；其中，所述本振信号直接用于信号混频，而所述主振信号经过所述驱动器调制所述外光源与所述内光源分别发出第一调制光信号与第二调制光信号；
所述探测器用于接收所述内光源发射的调制光信号以及所述外光源发射的调制光信号到目标物体后反射的回波信号并转换为电信号；
所述第一混频器用于对所述电信号与所述本振信号进行混频得到参考信号与探测信号；
所述第二混频器用于对所述本振信号与所述外光源、内光源生成的第一、第二调制电信号进行混频，得到第一、第二混频信号；
所述控制器用于控制所述发射单元发射光信号并控制所述探测器接收所述回波信号，所述处理器用于计算处理得到所述参考信号与探测信号的相位差；以及，计算所述第一、第二混频信号的相位差，并将所述相位差作为补偿值对所述参考信号与探测信号的相位差进行补偿，进一步计算出待测目标的距离值。


2.根据权利要求1所述的相位式激光测距系统，其特征在于：所述频率调制器生成至少两种频率不同的调制信号；其中，所述频率不同的调制信号包括至少一种高频信号。


3.根据权利要求2所述的相位式激光测距系统，其特征在于：所述频率调制器还包括有处理电路，通过所述处理电路将生成的多个高频信号进行处理得到多个低频或中频信号。


4.根据权利要求1所述的相位式激光测距系统，其特征在于：所述光检测模块还包括有信号处理电路以及采样电路；所述信号处理电路用于对所述第一、第二混频器输入的信号进行放大后传输至所述采样电路，经所述采样电路输入到所述处理器中进行鉴相分析。


5.根据权利要求1所述的相位式激光测距系统，其特征在于：所述内外光源分别为内、外激光器，所述第一调制电信号与所述第二调制电信号分别由所述外激光器与内激光器的管脚处引出。


6.根据权利要求1所述的相位式激光测距系统，其特征在于：所述光检测模块还包括有采集反馈调节单元和高压采样电路；所述高压采样电路采集所述反馈调节单元输出的实时高压信号输入至所述处理器中，所述处理器根据探测信号的大小以及所述高压采样电路输入的高压信号调节所述反馈调节单元输...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘孙光，
申请(专利权)人：深圳奥锐达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44