测距系统及方法技术方案

本公开涉及一种测距系统及方法，系统包括：发射模块，用于以稳定的重复频率发射光脉冲；分光模块，用于将光脉冲分为参考光脉冲以及测量光脉冲；第一探测模块，用于将参考光脉冲转换为参考电脉冲；第二探测模块，用于将测量光脉冲射向被测目标后反射的光脉冲转换为测量电脉冲；采集处理模块，用于按照采样频率对参考电脉冲以及测量电脉冲进行采样，并根据采样得到的测量信号以及参考信号，确定到被测目标的目标距离，其中，采样频率与重复频率具有频率差。本公开实施例的测距装置，通过电脉冲异步采样方式，实现对电脉冲时域信号的放大，能够提高传统激光雷达距离测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
测距系统及方法
本公开涉及光学精密计量领域，尤其涉及一种测距系统及方法。
技术介绍
动态高精度距离测量是激光雷达的关键核心技术。距离测量精度的提升对于高端装备制造、精密加工等领域的发展具有重要意义。现有基于飞行时间法(timeofflight，简称TOF)的激光测距方法，受限于电子器件的响应速度、光源的脉宽、重复频率等因素，测距精度较低，一般为厘米级，且难以进一步提升，无法满足高端装备制造、精密加工等领域的应用需求。光学频率梳是时域上稳定的超短脉冲序列，其重复频率通常可达几十兆赫兹甚至几百兆赫兹级，脉冲宽度为几十至几百飞秒级。基于光频梳的绝对距离测量方法可以将测距精度提升至微米甚至纳米级。其中，双光梳绝对距离测量方法利用两台具有微小重频差的光频梳构建干涉测距系统，可获得高精度绝对距离测量值。然而，由于该方法需要测量光和参考光干涉，所以只适用于合作目标，例如角锥、平面反射镜等作为靶镜，从而保证足够强的回波能量用于干涉测量。对于非合作目标的测量，由于回波能量弱，无法形成干涉信息，双光梳测距并不适用。为了提升现有TOF激光雷达的测距精度，同时将光频梳用于非合作目标测距，本专利技术提出一种基于光频梳的电脉冲异步采样测距方法。
技术实现思路
有鉴于此，本公开提出了一种测距系统及方法。根据本公开的一方面，提供了一种测距系统，所述系统包括：发射模块，用于以稳定的重复频率发射光脉冲；分光模块，用于将所述光脉冲分为参考光脉冲以及测量光脉冲；第一探测模块，用于将所述参考光脉冲转换为参考电脉冲；第二探测模块，用于将所述测量光脉冲射向被测目标后反射的光脉冲转换为测量电脉冲；采集处理模块，用于按照采样频率对所述参考电脉冲以及所述测量电脉冲进行采样，并根据采样得到的测量信号以及参考信号，确定到所述被测目标的目标距离，其中，所述采样频率与所述重复频率具有频率差。在一种可能的实现方式中，所述系统还包括准直模块，所述准直模块，位于所述光脉冲的光路上，用于对所述光脉冲进行准直输出。在一种可能的实现方式中，所述采集处理模块，用于确定所述测量信号以及参考信号的时间差，根据所述时间差、所述频率差、所述重复频率以及所述光脉冲的群速度，确定第一距离，并根据所述第一距离，确定所述目标距离。在一种可能的实现方式中，所述系统还包括激光测距模块，所述激光测距模块，用于在待测量的距离大于或等于非模糊距离时，确定到所述被测目标的参考距离，其中，所述非模糊距离是根据所述重复频率以及所述群速度确定的；所述采集处理模块，用于根据所述参考距离，确定第二距离，根据所述第一距离以及所述第二距离，确定所述目标距离。在一种可能的实现方式中，所述采集处理模块，用于将所述参考距离对所述非模糊距离进行取整操作，得到目标倍数，将目标倍数与所述非模糊距离的乘积，确定为所述第二距离。在一种可能的实现方式中，所述系统还包括信号发生模块，用于向所述采集处理模块发送采样信号，所述采样信号具有所述采样频率；所述采集处理模块，用于根据所述采样信号，对所述参考电脉冲以及所述测量电脉冲进行采样。在一种可能的实现方式中，所述重复频率与所述频率差的比值大于或等于阈值。在一种可能的实现方式中，所述发射模块包括光学频率梳，所述光学频率梳的重复频率是锁定在频率基准上的。根据本公开的另一方面，提供了一种测距方法，其特征在于，所述方法包括：按照采样频率对参考电脉冲以及测量电脉冲进行采样；根据采样得到的测量信号以及参考信号，确定到被测目标的目标距离；其中，所述参考电脉冲是根据参考光脉冲转换得到的，所述测量电脉冲是根据测量光脉冲射向被测目标后反射的光脉冲转换得到的，所述参考光脉冲以及所述测量光脉冲是将光脉冲分光得到的，所述光脉冲具有稳定的重复频率，所述采样频率与所述重复频率具有频率差。在一种可能的实现方式中，所述根据采样得到的测量信号以及参考信号，确定到被测目标的目标距离，包括：确定所述测量信号以及参考信号的时间差；根据所述时间差、所述频率差、所述重复频率以及所述光脉冲的群速度，确定第一距离；根据所述第一距离，确定所述目标距离。根据本公开的测距系统，发射模块以稳定的重复频率发射光脉冲，分光模块将所述光脉冲分为参考光脉冲以及测量光脉冲；第一探测模块将所述参考光脉冲转换为参考电脉冲；第二探测模块将所述测量光脉冲射向被测目标后反射的光脉冲转换为测量电脉冲；采集处理模块按照采样频率对所述参考电脉冲以及所述测量电脉冲进行采样，并根据采样得到的测量信号以及参考信号，确定到所述被测目标的距离，其中，所述采样频率与所述重复频率具有频率差，能够提高距离测量的精度。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。图1示出根据本公开一实施例的测距系统的框图。图2示出根据本公开一实施例的测距系统的原理示意图。图3示出根据本公开一实施例的电脉冲异步采样的示意图。图4示出根据本公开一实施例的距离测量的示意图。图5示出根据本公开一实施例的测距方法的流程图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。相关技术中，激光雷达系统可以采用飞行时间测距技术。例如，以重复频率为千赫兹级，脉宽为纳秒级的脉冲激光作为光源，通过计算脉冲在空间中的飞行时间，即从光源出射至被探测器接收的时间t对被测目标进行距离测量。例如，距离L可以通过公式(1)来确定：其中，vg为光脉冲在空气中的群速度，vg＝c/ng，c为光速，ng为光脉冲中心波长对应的群折射率。如前所述，受限于电子器件响应速度、光源的脉宽、重复频率，相关技术的激光雷达的距离测量精度不高，一般为厘米级。距离测量精度的提升对于高端智能制造、精密加工等领域的发展具有重要意义。因此，如何提高距离测量的精度成为亟待解决的问题。为解决上述问题，本公开提供了一种测距系统，能够提高距离测量的精度和速度。图1示出根据本公开一实施例的测距系统的框图。如图1所示，所述系统包括：发射模块11，用于以稳定的重复频率发射光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测距系统，其特征在于，所述系统包括：/n发射模块，用于以稳定的重复频率发射光脉冲；/n分光模块，用于将所述光脉冲分为参考光脉冲以及测量光脉冲；/n第一探测模块，用于将所述参考光脉冲转换为参考电脉冲；/n第二探测模块，用于将所述测量光脉冲射向被测目标后反射的光脉冲转换为测量电脉冲；/n采集处理模块，用于按照采样频率对所述参考电脉冲以及所述测量电脉冲进行采样，并根据采样得到的测量信号以及参考信号，确定到所述被测目标的目标距离，/n其中，所述采样频率与所述重复频率具有频率差。/n

【技术特征摘要】
1.一种测距系统，其特征在于，所述系统包括：
发射模块，用于以稳定的重复频率发射光脉冲；
分光模块，用于将所述光脉冲分为参考光脉冲以及测量光脉冲；
第一探测模块，用于将所述参考光脉冲转换为参考电脉冲；
第二探测模块，用于将所述测量光脉冲射向被测目标后反射的光脉冲转换为测量电脉冲；
采集处理模块，用于按照采样频率对所述参考电脉冲以及所述测量电脉冲进行采样，并根据采样得到的测量信号以及参考信号，确定到所述被测目标的目标距离，
其中，所述采样频率与所述重复频率具有频率差。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括准直模块，
所述准直模块，位于所述光脉冲的光路上，用于对所述光脉冲进行准直输出。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集处理模块，用于确定所述测量信号以及参考信号的时间差，根据所述时间差、所述频率差、所述重复频率以及所述光脉冲的群速度，确定第一距离，并根据所述第一距离，确定所述目标距离。


4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括激光测距模块，
所述激光测距模块，用于在待测量的距离大于或等于非模糊距离时，确定到所述被测目标的参考距离，其中，所述非模糊距离是根据所述重复频率以及所述群速度确定的；
所述采集处理模块，用于根据所述参考距离，确定第二距离，根据所述第一距离以及所述第二距离，确定所述目标距离。


5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述采集处理模块，用于将...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴冠豪，米庆改，周思宇，熊士林，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11