一种基于不确定度提升激光测距精度的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于不确定度提升激光测距精度的方法和系统，方法包括生成调制信号，并根据调制信号生成发射光脉冲；接收发射光脉冲经探测物体返回的反射光脉冲；根据反射光脉冲得到反射光脉冲的上升沿的电荷值为rq22，反射光脉冲的下降沿的电荷值为fq22；设置反射光脉冲中上升沿的置信度pr和下降沿的置信度pf；令发射光脉冲的jitter值为dt，发射光脉冲的脉冲宽度为u，则设置置信因子f；根据置信因子f计算得到激光传感器的测距结果。本发明专利技术可有效提高激光测距精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于不确定度提升激光测距精度的方法和系统
本申请属于测距
，具体涉及一种基于不确定度提升激光测距精度的方法和系统。
技术介绍
经典物理中，光在空气中的传播速度c保持不变，这是经典物理学的基本常数。随着激光技术的发展和光电探测技术的进步、以及现场可编程逻辑门阵列(FieldProgramGateArray)性能的飞速提升，激光测距技术逐步迈向了数字化、高精度、和小型化。通过测量光在空气中的飞行时间t，根据距离＝速度*时间可得l＝c*t(l表示飞行距离)，即可计算光的飞行距离。利用光的反射定律，光在飞行过程中，碰到目标物，沿原路返回，则可得到测距装置和被测物体之间的距离：d＝1/2*c*t。相位法是用一个脉冲开关与反射的光脉冲之间进行卷积以计算反射光脉冲与探测器的脉冲之间的相位关系。当两者之间的相位差小到足以忽略的程度时，计算出来的结果容易出现误差。当探测脉冲的上升沿与反射光脉冲的上升沿的时间间隔较小时，或者探测脉冲的上升沿或下降沿与反射光脉冲的下降沿的时间间隔比较小，由于背景噪声或者探测器本底噪声会导致这种情况下的测量误差比较大，本专利技术是为了解决这种情况下测量不精确的问题。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种基于不确定度提升激光测距精度的方法和系统，有效提高激光测距精度。为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：一种基于不确定度提升激光测距精度的方法，所述基于不确定度提升激光测距精度的方法，包括：步骤1、生成调制信号，并根据调制信号生成发射光脉冲；步骤2、接收发射光脉冲经探测物体返回的反射光脉冲；步骤3、根据反射光脉冲得到反射光脉冲的上升沿的电荷值为rq22，反射光脉冲的下降沿的电荷值为fq22；步骤4、设置反射光脉冲中上升沿的置信度pr和下降沿的置信度pf如下：pr＝(rq22-qb)/qbpf＝(fq22-qb)/qb式中，qb为激光传感器测量到的背景光信号的电荷值；步骤5、令发射光脉冲的jitter值为dt，发射光脉冲的脉冲宽度为u，则设置置信因子f为：式中，Q为激光传感器测量到的反射光脉冲的最大电荷值；步骤6、根据置信因子f计算得到激光传感器的测距结果，如下：若上升沿的置信度pr<f，则利用下降沿的电荷值计算最终的测距结果，测距结果为其中Df为测距结果，c为光速，tN为第一时间变量，tff为第二时间变量，且tN＝u×N，tff＝(fq22-qb)/(Q-qb)，N为反射光脉冲的下降沿到达之前发射光脉冲的发射个数；若下降沿的置信度pf<f，则利用上升沿的电荷值计算最终的测距结果，测距结果为其中Dr为测距结果，c为光速，tM为第三时间变量，trr为第四时间变量，且tM＝u×M，trr＝(rq22-qb)/(Q-qb)，M为反射光脉冲的上升沿到达之前发射光脉冲的发射个数；若上升沿的置信度pr≥f且下降沿的置信度pf≥f，则利用上升沿和下降沿的电荷值计算最终的测距结果，测距结果为其中D为测距结果。以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。作为优选，所述调制信号的周期Tc与发射光脉冲的的脉冲宽度为u满足以下关系：K＝Tc/u，且K为大于等于3的整数；所述发射光脉冲的信号宽度Tl与发射光脉冲的脉冲宽度为u满足以下关系：k＝Tl/u，且k为大于等于3的整数。本申请还提供一种基于不确定度提升激光测距精度的系统，所述基于不确定度提升激光测距精度的系统包括激光信号调制及探测单元、信号处理单元，其中：所述激光信号调制及探测单元，用于生成调制信号，并根据调制信号生成发射光脉冲；接收发射光脉冲经探测物体返回的反射光脉冲，并将发射光脉冲和反射光脉冲发送至所述信号处理单元；所述信号处理单元，用于接收所述激光信号调制及探测单元发送的发射光脉冲和反射光脉冲并存储，还用于根据反射光脉冲得到反射光脉冲的上升沿的电荷值为rq22，反射光脉冲的下降沿的电荷值为fq22；设置反射光脉冲中上升沿的置信度pr和下降沿的置信度pf；设置置信因子f；根据置信因子f计算得到激光传感器的测距结果；其中，设置反射光脉冲中上升沿的置信度pr和下降沿的置信度pf，执行如下操作：pr＝(rq22-qb)/qbpf＝(fq22-qb)/qb式中，qb为激光传感器测量到的背景光信号的电荷值；其中，设置置信因子f，执行如下操作：令发射光脉冲的jitter值为dt，发射光脉冲的脉冲宽度为u，则置信因子f为：式中，Q为激光传感器测量到的反射光脉冲的最大电荷值；其中，根据置信因子f计算得到激光传感器的测距结果，执行如下操作：若上升沿的置信度pr<f，则利用下降沿的电荷值计算最终的测距结果，测距结果为其中Df为测距结果，c为光速，tN为第一时间变量，tff为第二时间变量，且tN＝u×N，tff＝(fq22-qb)/(Q-qb)，N为反射光脉冲的下降沿到达之前发射光脉冲的发射个数；若下降沿的置信度pf<f，则利用上升沿的电荷值计算最终的测距结果，测距结果为其中Dr为测距结果，c为光速，tM为第三时间变量，trr为第四时间变量，且tM＝u×M，trr＝(rq22-qb)/(Q-qb)，M为反射光脉冲的上升沿到达之前发射光脉冲的发射个数；若上升沿的置信度pr≥f且下降沿的置信度pf≥f，则利用上升沿和下降沿的电荷值计算最终的测距结果，测距结果为其中D为测距结果。作为优选，所述调制信号的周期Tc与发射光脉冲的脉冲宽度为u满足以下关系：K＝Tc/u，且K为大于等于3的整数；所述发射光脉冲的信号宽度Tl与发射光脉冲的脉冲宽度为u满足以下关系：k＝Tl/u，且k为大于等于3的整数。现有技术中，在提升激光测距精度时，基本根据计算的测距最终结果来判定本次测量是否有效，从而对本次测距最终结果进行选取或矫正，该方式不仅判断具有延后性且在特定情况下受噪声影响较大。而本申请针对光脉冲的上升沿和下降沿的计算过程，在计算最终的测距结果之前，确定置信度因子，可以实时判断当前结果是否有效，属于实时反馈；同时本申请有效避免了光脉冲的上升沿或下降沿与探测信号脉冲的上升沿时间间隔非常短时由于误差导致的测量结果错误的问题。附图说明图1为本申请的一种基于不确定度提升激光测距精度的方法的流程图；图2为本申请激光收发时序控制的一种实施例示意图；图3为本申请激光检测器中PD像元一种实施例测量情况示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于不确定度提升激光测距精度的方法，其特征在于，所述基于不确定度提升激光测距精度的方法，包括：/n步骤1、生成调制信号，并根据调制信号生成发射光脉冲；/n步骤2、接收发射光脉冲经探测物体返回的反射光脉冲；/n步骤3、根据反射光脉冲得到反射光脉冲的上升沿的电荷值为rq22，反射光脉冲的下降沿的电荷值为fq22；/n步骤4、设置反射光脉冲中上升沿的置信度pr和下降沿的置信度pf如下：/npr＝(rq22-qb)/qb/npf＝(fq22-qb)/qb/n式中，qb为激光传感器测量到的背景光信号的电荷值；/n步骤5、令发射光脉冲的jitter值为dt，发射光脉冲的脉冲宽度为u，则设置置信因子f为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于不确定度提升激光测距精度的方法，其特征在于，所述基于不确定度提升激光测距精度的方法，包括：
步骤1、生成调制信号，并根据调制信号生成发射光脉冲；
步骤2、接收发射光脉冲经探测物体返回的反射光脉冲；
步骤3、根据反射光脉冲得到反射光脉冲的上升沿的电荷值为rq22，反射光脉冲的下降沿的电荷值为fq22；
步骤4、设置反射光脉冲中上升沿的置信度pr和下降沿的置信度pf如下：
pr＝(rq22-qb)/qb
pf＝(fq22-qb)/qb
式中，qb为激光传感器测量到的背景光信号的电荷值；
步骤5、令发射光脉冲的jitter值为dt，发射光脉冲的脉冲宽度为u，则设置置信因子f为：



式中，Q为激光传感器测量到的反射光脉冲的最大电荷值；
步骤6、根据置信因子f计算得到激光传感器的测距结果，如下：
若上升沿的置信度pr<f，则利用下降沿的电荷值计算最终的测距结果，测距结果为其中Df为测距结果，c为光速，tN为第一时间变量，tff为第二时间变量，且tN＝u×N，tff＝(fq22-qb)/(Q-qb)，N为反射光脉冲的下降沿到达之前发射光脉冲的发射个数；
若下降沿的置信度pf<f，则利用上升沿的电荷值计算最终的测距结果，测距结果为其中Dr为测距结果，c为光速，tM为第三时间变量，trr为第四时间变量，且tM＝u×M，trr＝(rq22-qb)/(Q-qb)，M为反射光脉冲的上升沿到达之前发射光脉冲的发射个数；
若上升沿的置信度pr≥f且下降沿的置信度pf≥f，则利用上升沿和下降沿的电荷值计算最终的测距结果，测距结果为其中D为测距结果。


2.如权利要求1所述的基于不确定度提升激光测距精度的方法，其特征在于，所述调制信号的周期Tc与发射光脉冲的的脉冲宽度为u满足以下关系：
K＝Tc/u，且K为大于等于3的整数；
所述发射光脉冲的信号宽度Tl与发射光脉冲的脉冲宽度为u满足以下关系：
k＝Tl/u，且k为大于等于3的整数。


3.一种基于不确定度提升激光测距精度的系统，其特征在于，所述基于不确定度提升激光测距精度的系统包括激光信号调制及探测单元、信号处理单元，其中：
所述激光信...

【专利技术属性】
技术研发人员：程坤，
申请(专利权)人：中电海康集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33