采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机制造技术

本发明专利技术属于激光测距技术领域，具体涉及一种采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机，通过采用脉冲相关测距算法可有效提高测距能力，包括：高重频激光器发射组件、激光驱动电路板、探测接收组件、信息处理电路板、控制电路板；本发明专利技术采用高速采样和脉冲相关处理算法后，整体信噪比可提升约4～6倍，对应到测距能力，大目标可提升约2～2.5倍，小目标可提升1.4～1.6倍。对固定目标测距时，可根据使用场景增加累加次数、降低数据输出频率，进一步增加测距能力。对动态目标，可根据目标运动速度动态调整累加次数、数据输出频率，做到测距能力和精度兼顾。力和精度兼顾。力和精度兼顾。

【技术实现步骤摘要】
采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机


[0001]本专利技术属于激光测距
，具体涉及一种采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机。

技术介绍

[0002]由于激光具有方向性强、亮度高、单色性好等许多优点，被广泛应用于检测、测量和控制等诸多领域。激光测距机是以激光作为光源进行测距的，激光测距凭借其抗干扰能力强、性能稳定，测量精度高以及非接触式测量等优势，在航空航天、建筑测绘、智能交通、工业制造等多个领域都发挥着巨大的作用。同时，激光测距作为激光测速、激光跟踪以及激光成像等高端技术的前提，正受到越来越广泛的重视。
[0003]激光测距是通过测量激光往返目标的时间来确定目标距离的。测距能力受激光发射峰值功率、光束发散角、接收孔径等多种因素的影响。通常能实现远距离测距的系统体积会比较大，而系统体积小的，通常测程也较小。因此，小型化和高测距性能便成为永恒的追求目标。
[0004]随着激光技术的发展，人眼安全的铒玻璃激光器逐步进入人们的视线，开发了一些相关产品。这些产品都是基于低重频铒玻璃激光器的微型测距机，为传统的单脉冲测距方式，主要依赖于激光器脉冲能量的提升来提高测距能力(单脉冲能量从百微焦至毫焦量级)。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本专利技术要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，如何提供了一种采用脉冲相关处理技术的微型人眼安全激光测距机，要求该装置突破微型化技术难题，通过采用脉冲相关测距技术使产品在同等体积重量下具有更优的测距能力，而且便于携带、拆卸及存放，实用性强。
[0007](二)技术方案
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机，所述激光测距机包括：高重频激光器发射组件、激光驱动电路板、探测接收组件、信息处理电路板、控制电路板；
[0009]所述高重频激光器发射组件用于提供人眼安全的高重频脉冲激光，通过发射天线将原始激光束散角进行压缩准直，并调制为脉冲串工作方式；
[0010]所述激光驱动电路板用于为高重频激光器发射组件的激光器提供电流及脉宽可调的恒流驱动信号，驱动激光器出光；
[0011]所述探测接收组件采用非球面镜接收激光照射目标后的目标漫反射回波，聚焦于探测接收组件的探测器光敏面，将光信号转换为电信号，并经过放大、整形输出至信息处理电路板；
[0012]所述信息处理电路板用于将探测接收组件的目标漫反射回波电信号进行模拟信号数字化转换，经脉冲相关运算处理后得到目标飞行时间计数值，根据目标飞行时间计数值获得测量距离并输出至控制电路板；
[0013]所述控制电路板用于将外部供电转换为内部各电路所需的工作电源，并根据环境温度加以控制；所述控制电路板还用于完成与外部上位机及内部信息处理电路板的通讯，将上位机指令解析后下发给信息处理电路板，并接收信息处理电路板回传的测量距离及本机状态上报。
[0014]其中，所述激光器采用人眼安全的二极管泵浦铒玻璃激光器作为发射光源，波长1535nm。
[0015]其中，所述激光器采用工作重频高达1kHz的铒玻璃激光器。
[0016]其中，所述脉冲串工作方式为：
[0017]在低重频周期上叠加高重频，即，定义数据输出周期为T2，在T2内叠加高达1kHz的高重频T1，从而实现数据输出周期T2在1～50Hz可调。
[0018]其中，所述高重频激光器发射组件通过激光驱动电路板调制为脉冲串工作方式。
[0019]其中，所述脉冲串内的脉冲个数根据信号处理的需求进行动态调整。
[0020]其中，所述探测接收组件的接收天线采用非球面镜设计，并将窄带干涉滤光片与窗口镜合二为一组合的方式，二为一组合的方式，大幅压缩了天线体积重量。
[0021]其中，所述信息处理电路板采用高速AD加FPGA的方案，由于激光回波脉宽较窄，因此，AD采样率定为1GHz；为降低功耗，特选用超低功耗的AD芯片；对回波模拟信号进行高速采样以后输入FPGA进行相关处理。
[0022]其中，所述信息处理电路板对连续多次激光发射得到的回波信号采用累加、波形匹配算法进行处理，提高信噪比，进而提升测距能力；
[0023]所述激光测距机通过激光器向目标发射一定频率的脉冲信号，同时给信息处理电路板发送一个开始触发信号，信息处理电路板开始采集工作，当脉冲到达目标后，由目标返回的激光脉冲经探测接收组件的光电探测器探测并进行光电转换后，送入信息处理电路板进行高速AD采样，对采样后的回波信号运用多脉冲相关累加的数字信号处理技术进行处理，提高其信噪比；然后再运用存储的参考信号对回波信号通过互相关检测进行目标匹配，确定回波信号的位置，即得到脉冲的飞行时间，进而求得距离信息。
[0024]其中，所述激光测距机通过1GHz高速采样电路，并辅以脉冲相关处理算法，整体信噪比可提升约4～6倍，对应到测距能力，大目标可提升约2～2.5倍，小目标可提升1.4～1.6倍。
[0025](三)有益效果
[0026]与现有技术相比较，本专利技术提供了一种采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机，具有以下有益效果；
[0027](1)采用高重频微能量的微型激光发射系统，高效简洁的接收光路设计，并以光学天线为结构主体，利用天线不规则的外形，巧妙地融合电路板，从而实现整机的微型化集成。
[0028](2)采用高速采样和脉冲相关处理算法后，整体信噪比可提升约4～6倍，对应到测距能力，大目标可提升约2～2.5倍，小目标可提升1.4～1.6倍。对固定目标测距时，可根据
使用场景增加累加次数、降低数据输出频率，进一步增加测距能力。对动态目标，可根据目标运动速度动态调整累加次数、数据输出频率，做到测距能力和精度兼顾。
[0029](3)由于体积小、重量轻，该类产品可广泛应用于军用望远镜、智能枪瞄镜、手持式夜视仪等设备，随着各种无人平台的迅速发展，也可装备在各型无人光电平台、人工智能设备等。
附图说明
[0030]图1为本专利技术结构示意图；
[0031]图2为本专利技术外形尺寸图；
[0032]图3为脉冲串工作模式示意图；
[0033]图4为接收天线光路图；其中，41
‑
干涉滤光片；42
‑
接收单透镜；43
‑
光栏；44
‑
探测器。
[0034]图5为接收天线结构剖视图；
[0035]图6为脉冲相关信号处理方案；
[0036]图7为脉冲相关信号处理流程；
[0037]图8为累加处理前后的回波信号示意图。
[0038]图9为互相关检测效果图。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0040]本专利技术提出一种采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机，其特征在于，所述激光测距机包括：高重频激光器发射组件、激光驱动电路板、探测接收组件、信息处理电路板、控制电路板；所述高重频激光器发射组件用于提供人眼安全的高重频脉冲激光，通过发射天线将原始激光束散角进行压缩准直，并调制为脉冲串工作方式；所述激光驱动电路板用于为高重频激光器发射组件的激光器提供电流及脉宽可调的恒流驱动信号，驱动激光器出光；所述探测接收组件采用非球面镜接收激光照射目标后的目标漫反射回波，聚焦于探测接收组件的探测器光敏面，将光信号转换为电信号，并经过放大、整形输出至信息处理电路板；所述信息处理电路板用于将探测接收组件的目标漫反射回波电信号进行模拟信号数字化转换，经脉冲相关运算处理后得到目标飞行时间计数值，根据目标飞行时间计数值获得测量距离并输出至控制电路板；所述控制电路板用于将外部供电转换为内部各电路所需的工作电源，并根据环境温度加以控制；所述控制电路板还用于完成与外部上位机及内部信息处理电路板的通讯，将上位机指令解析后下发给信息处理电路板，并接收信息处理电路板回传的测量距离及本机状态上报。2.如权利要求1所述的采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机，其特征在于，所述激光器采用人眼安全的二极管泵浦铒玻璃激光器作为发射光源，波长1535nm。3.如权利要求1所述的采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机，其特征在于，所述激光器采用工作重频高达1kHz的铒玻璃激光器。4.如权利要求1所述的采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机，其特征在于，所述脉冲串工作方式为：在低重频周期上叠加高重频，即，定义数据输出周期为T2，在T2内叠加高达1kHz的高重频T1，从而实现数据输出周期T2在1～50Hz可调。5.如权利要求1所述的采用脉冲相关测距技术的微型人眼安全激光测距机，其特征在于，所述高重频...

【专利技术属性】
技术研发人员：童静，刘恒，李慧珺，朱秋霖，白杨，邓波，周炜凌，陶刚，吴兵，赵才曲，唐伟，冯振中，赵培娥，张伟，李浩宇，徐冠宇，高雪荣，
申请(专利权)人：重庆高新区飞马创新研究院，
类型：发明
国别省市：