[发明专利]基于赝热光二阶关联性的测距系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续光关联测距系统，尤其涉及一种基于赝热光二阶关联性的测距系统。

背景技术

连续光关联测距是基于连续光测距技术和关联技术，秉承了激光测距单色性和相干性好、方向性强等特点，并且具有关联技术抗环境干扰的特性。常见的连续光关联测距包括相位法测距、伪随机码测距、干涉式测距和混沌激光测距。

相位法激光测距通过测量连续的调制信号在待测距离上往返传播所产生的相位变化来间接地测定信号传播时间，从而求得被测的距离。相位法激光测距系统是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算该相位延迟所代表的距离，即用间接方法测定出激光往返目标所需的时间。相位法测距具有高精度的特定，一般能够达到毫米级的精度，但是由于相位具有周期特性，所以相位法激光测距不适合探测远距离。

伪随机码激光测距是将伪随机码通过幅度调制器调制到激光的幅值变化上，然后在接收端将回波信号和本地的参考信号直接进行相关运算，得到传播时间并换算得到距离。其测距精度由伪随机码码片速率决定，即码片速率越高，测距精度越高。然而高速的随机数发生器一般很难超过1Gbps的速率，所以伪随机码激光测距精度一般被限制在10cm以上。

干涉式测距原则上也是一种相位法测距，但它不是通过测量激光调制信号的相位差，而是测量未经调制的光波本身的相位迭加关系（干涉）来测距。由于光的波长极短．特别是激光的单色性高，其波长值很准确，所以利用干涉法测距的分辨率至少为半波长，精度为微米级，干涉法测距具有精度高的特性。但是干涉法测距只能测出相对距离，要在长距离进行绝对干涉测量，多值性的鉴别非常重要但又十分困难，所以干涉法测距不适合长距离的测距。

混沌激光测距起源于利用混沌信号相关曲线细锐的类冲激函数特性，K.Myneni等人在2001年首先提出利用混沌激光脉冲序列进行测距研究，他们利用光反馈半导体激光器产生的混沌激光脉冲序列实现了目标的距离测量，但探测信号的带宽限制了其测距精度。随后经过学者的大量研究，目前在混沌测距方面获得6cm的测距精度。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够实现远距离、高精度的测距系统。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现远距离、高精度的测距系统。本发明提出一种基于赝热光二阶关联性的测距系统。与现有的连续光测距技术比较，本发明提出的基于赝热光二阶关联性的测距系统有很大的优势，由于可以计算出赝热光场的二阶关联曲线的理论公式，采用了曲线拟合的方法可以大大提升其精度；其次由于赝热光场二阶关联曲线具有单峰的特性，其不存在任何测量的死区；最后由于采用单光子探测和关联测量的方式，该系统对于环境噪声具有良好的抗环境干扰特性。

本发明的目的在于针对使用赝热光测距的空白，提出了一种全新的基于赝热光二阶关联性的测距系统，该系统所具有的高精度、无测量死区和环境干扰抗性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种基于赝热光二阶关联性的测距系统，包括赝热光源模块、分束器、探测模块、发射装置、接收装置和测距模块，所述探测模块包括探测器1、探测器2，其中，所述赝热光源模块发出光束，所述光束经过所述分束器分成两路，其中一路被所述探测器1接收；另外一路通过所述发射装置准直扩束并照射目标物体，所述目标物体的反射回波光束被所述接收装置接收，并输入到所述探测器2；所述探测器1输出参考信号的光电脉冲，所述探测器2输出测量信号的光电脉冲，所述参考信号的光电脉冲和测量信号的光电脉冲发送至所述测距模块，所述测距模块输出所述目标物体相对所述测距系统的距离。

其中，所述测距模块采用符合测量算法和曲线拟合算法，所述符合测量算法将所述探测器1和所述探测器2的输出进行信号序列符合计数并得到赝热光二阶关联曲线的样本点，所述曲线拟合算法通过赝热光场的理论公式将所述符合测量算法的得到的一系列样本点拟合成为一条光滑的曲线，并输出所述目标物体相对所述测距系统的距离，通过所述曲线拟合算法大幅提升该测距系统的精度。优选地，所述样本点为2000个样本点。

进一步地，所述参考信号的光电脉冲和测量信号的光电脉冲到达所述测距模块的时间分别为t₁和t₂，所述距离为L，可以表示为：c为光传播的速度。