【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光测距领域，具体涉及一种多频融合i-tof测距方法和系统。
技术介绍
1、间接飞行时间(i-tof)技术基于相位检测原理实现激光测距，具有测量速度快、测量精度高等优点，被广泛应用于激光三维扫描、激光雷达等系统中，在智能建造、逆向开发、数字城市、战场测绘等军用和民用领域均有着广泛的应用。
2、根据相位法测距原理，单个频率的测量精度与非模糊测量范围之间存在矛盾，无法兼得，因此通常采用多个调制频率叠加的方式进行测量，即通过低频信号实现大量程测量，通过高频信号实现高精度测量。在此过程中，如何选择最佳的信号频率组合并完成多频测量信息融合就显得尤为重要。
技术实现思路
1、为了实现多频i-tof测距系统中信号频率组合的最优化选择并完成高效高精度多频测量信息融合，本专利技术提出了一种多频融合i-tof测距方法，通过定量分析提出了不同信号频率的选择依据，可实现最简化的频率组合，提出了通过多级阈值判定实现多频测量结果递进融合的算法，实现了高效高精度的多频信息融合，可有效提高i-tof系统的测量性能。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、第一方面，本专利技术提供了一种多频融合i-tof测距方法，包括以下步骤：
4、(1)将连续光信号和多频fi,i＝1,2,…n叠加的调制信号经强度调制器调制后分为参考光和测量光；其中，n表示多频信号中的频率信号个数，fi表示第i个频率信号的频率，满足f1＞f2＞…＞fn；
5、
6、(3)根据各个频率信号的相位差，计算多频信号的独立测距结果；
7、(4)将多频信号的独立测距结果融合，计算最终的测距结果d，公式如下：
8、d＝nn-1mn-1+nn-2mn-2+…+n2m2+n1m1+d1
9、其中，mn-1表示第n-1个频率信号产生2π相位差时对应的测量距离，nn-1表示mn-1的待求系数(i＝n-1，n-2，…,1)，d1表示第1个频率信号的独立测距结果。
10、进一步地，所述的步骤(3)中，多频信号的独立测距结果的计算公式如下：
11、
12、
13、其中，di表示第i个频率信号的独立测距结果，表示参考光与测量回光中第i个频率信号的相位差，mi表示第i个频率信号产生2π相位差时对应的测量距离，c表示光速。
14、进一步地，所述计算最终的测距结果d的公式中，待求系数ni(i＝n-1，n-2，…,1)的求解方法为：
15、设定阈值参数a＝u1mi、b＝u2mi、c＝u3mi，其中u1、u2、u3表示阈值系数，满足0≤u1≤0.5、0≤u2≤0.5、0.5≤u3≤1；
16、当di＜a且时，
17、当di＞c且时，
18、其余情况下，ni＝floor(di+1/mi)，其中floor(.)表示向下取整。
19、进一步地，多频叠加的调制信号中，各个频率信号的选取应当满足以下条件：
20、ei+1<mi<ei+2,i＝1,2,…n-2
21、
22、其中，e1、ei+1、ei+2分别表示第1个、第i+1个、第i+2个频率信号的独立测距噪声，mn-1、mn分别表示第i+1个、第i+2个频率信号产生2π相位差时对应的测量距离，dk表示测量量程，r表示测量精度。
23、进一步地，多频叠加的调制信号中，各个频率信号的独立测距噪声的计算公式如下：
24、
25、其中，ei表示第i个频率信号的独立测距噪声，pi表示第i个频率信号的独立鉴相噪声。
26、第二方面，本专利技术提供了一种多频融合i-tof测距系统，用于实现上述测距方法，包括：
27、调制光信号发射模块，其用于根据连续光信号和多频fi,i＝1,2,…n叠加的调制信号生成多频信号并发射，其中，n表示多频信号中的频率信号个数，fi表示第i个频率信号的频率，满足f1＞f2＞…＞fn；
28、分束器，其用于将多频信号分为参考光和测量光；
29、光探测器，包括参考光路探测器和测量光路探测器，所述参考路光探测器用于直接探测入射的参考光信号，测量光路探测器用于探测由目标物反射后的测量回光信号；
30、信号处理模块，其用于将参考路光探测器和测量路光探测器接收的两路信号转换为数字信号；
31、鉴相模块，其用于提取参考光与测量回光中各个频率信号的相位差；
32、融合算法模块，其用于根据各个频率信号的相位差，计算多频信号的独立测距结果；并将多频信号的独立测距结果融合，计算最终的测距结果d，公式如下：
33、d＝nn-1mn-1+nn-2mn-2+…+n2m2+n1m1+d1
34、其中，mn-1表示第n-1个频率信号产生2π相位差时对应的测量距离，nn-1表示mn-1的待求系数，d1表示第1个频率信号的独立测距结果。
35、进一步地，所述调制光信号发射模块包括光源、调制器和频率生成器，所述光源和频率生成器均连接调制器，由光源发射的连续光信号和由频率生成器生成的多频fi,i＝1,2,…n叠加的调制信号输入至调制器，经调制器调制后生成多频信号其中i0为光源出射光功率，为频率fi对应的正弦信号的相位，t表示时间。
36、本专利技术具备的有益效果是：本专利技术提供的一种多频融合i-tof测距方法，可实现i-tof系统的大量程、高精度、高鲁棒测距。具体而言，通过合理地梯度设置调制频率间隔，实现系统性能与复杂度的最优化平衡，即以最简化的频率组合解决大量程与高精度不可兼得的矛盾；同时通过多级阈值判定实现多频测量结果递进融合的算法，实现全量程下的高鲁棒测量。
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1.一种多频融合I-TOF测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多频融合I-TOF测距方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，多频信号的独立测距结果的计算公式如下：
3.根据权利要求1或2所述的多频融合I-TOF测距方法，其特征在于，所述计算最终的测距结果D的公式中，待求系数的求解方法为：
4.根据权利要求2所述的多频融合I-TOF测距方法，其特征在于，多频叠加的调制信号中，各个频率信号的选取应当满足以下条件：
5.根据权利要求4所述的多频融合I-TOF测距方法，其特征在于，多频叠加的调制信号中，各个频率信号的独立测距噪声的计算公式如下：
6.一种多频融合I-TOF测距系统，用于实现权利要求1所述的测距方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的多频融合I-TOF测距系统，其特征在于，所述调制光信号发射模块包括光源、调制器和频率生成器，所述光源和频率生成器均连接调制器，由光源发射的连续光信号和由频率生成器生成的多频fi,i＝1,2,…n叠加的调制信号输入至调制器，经调制器调制后生成
...【技术特征摘要】
1.一种多频融合i-tof测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多频融合i-tof测距方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，多频信号的独立测距结果的计算公式如下：
3.根据权利要求1或2所述的多频融合i-tof测距方法，其特征在于，所述计算最终的测距结果d的公式中，待求系数的求解方法为：
4.根据权利要求2所述的多频融合i-tof测距方法，其特征在于，多频叠加的调制信号中，各个频率信号的选取应当满足以下条件：
5.根据权利要求4所述的多频融合i-tof测距方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁璀，黄腾超，
申请(专利权)人：杭州羲和光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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