[发明专利]一种测量物体距离的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于距离测量技术领域，具体涉及一种测量物体距离的装置及方法。

背景技术

激光距离测量系统一般包括脉冲产生器、光学镜片、激光器和光电探测器，所述激光距离测量系统是以激光器作为光源进行距离测量的系统，其工作原理为：脉冲产生器发出电触发信号脉冲（即电脉冲）至激光器，触发激光器发出光脉冲信号（即激光脉冲信号），所述光脉冲信号经目标障碍物反射后被光电探测器接收，则激光距离测量系统与目标障碍物之间的理论距离为，光脉冲信号往返时间与光速乘积的一半，所述往返时间指的是从激光器发出光脉冲信号直至光电探测器接收到经目标障碍物反射的光脉冲信号（即返回的光脉冲信号）所经历的时间。

现有激光距离测量系统的距离测量误差一般由系统中的计时电路（用于计算所述往返时间，一般以脉冲产生器发出电脉冲的时刻为计时起点，以光电探测器接收到经目标障碍物反射回的光脉冲信号的时刻为计时终点）的计时误差，电子元件、激光器和光电探测器等器件的信号延时特性引起。其中，电子元件、激光器和光电探测器对信号的延时受温度变化的影响非常大。例如，在车载环境温度变化范围内，激光距离测量系统与目标障碍物之间保持同样距离时，从脉冲产生器发出电脉冲至激光器，到激光器发出光脉冲信号的时间在100至200纳秒，也就是说，该时间随车载温度的变化漂移了100纳秒，而光在真空中每纳秒传播的距离是0.3m，故100纳秒对应着15米左右的测量误差。

为了解决上述问题，脉冲激光测距仪采用一个光机械装置将激光器发出的激光束部分分光，将从激光束中分出的一小部分激光信号传送到光电探测器上，这个光路通常称为内光路，以这个被分出来的激光信号作为光脉冲在空气中传输时间的计时起点，被分光之后的激光信号经过目标障碍物反射后被光电探测器探测到，这个被探测器探测到的激光信号作为计时终点，脉冲激光测距仪根据所述计时起点和计时终点就可计算出与目标障碍物之间的距离。现有技术中还有另一种时域分光测距法，首先使激光器发出一序列的光脉冲信号，该序列光脉冲信号具有非常稳定的周期，然后通过一种光机械装置将激光器发出的序列光脉冲信号中的一个或者几个光脉冲完全反射，使其直接传送到光电探测器上并被其接收，该接收时刻为计时起点，所形成的光路为内光路，未经全反射的光脉冲信号经目标障碍物反射后被所述光电探测器接收，该接收时刻为计时终点，所形成的光路为外光路，激光距离测量系统根据序列光脉冲信号的时间关系以及所测时间就可计算出与目标障碍物的距离。采用上述距离测量方法能够消除因温度变化而产生的时间延时所导致的距离测量误差，但是，当激光器发出的光脉冲信号的宽度较宽，例如达到几十个纳秒时，会导致较大的距离测量盲区，并且，当激光器发出的光脉冲信号宽度的一半与光速乘积大于目标障碍物与光电探测器之间的距离时，内、外光路返回的光脉冲信号在光电探测器上会发生时域重叠，导致无法精确确定激光距离测量系统与目标障碍物之间的距离，因此该方法不适用于近距离测量。同时，新增的用于分光的光机械装置会降低激光距离测量系统的可靠性。

为了克服上述距离测量盲区的缺陷而出现了这样一种距离测量方法，采用两个光电探测器分别接收内光路返回的光脉冲信号和外光路返回的光脉冲信号，避免了内、外光路返回的光脉冲信号在光电探测器上发生时域重叠，解决了因激光器发出的光脉冲信号的宽度过宽而导致的距离测量盲区的问题。

虽然上述方案解决了距离测量盲区的问题，但是，激光距离测量系统的距离测量精度还会受到车载外部环境噪声（即除了目标障碍物之外的地面和其它背景障碍物等）的干扰，目前的解决方法是采用带通滤光镜片来降低外部环境噪声的干扰，该带通滤光镜片仅使激光器发出的激光波长范围内的光通过，这种方法在激光器发出点脉冲（将激光器发出的激光脉冲信号的发散角压缩到只有一个或几个毫弧度，使得激光脉冲信号照射在物体上会形成一个很小的光斑，故这种激光脉冲信号被称为点脉冲）时测量精度较高，但是，对于某些特殊的应用场合，例如为增大探测区域，使激光器发出的激光脉冲信号发散成一个很大的角度，以探测该角度范围内是否存在目标障碍物，此时，位于光接收端的聚光镜片的视场角很大，使得激光器发出的激光脉冲信号中的一部分投射到目标障碍物上，另一部分则会投射到该目标障碍物所在待测区域中的地面或其它背景障碍物上，这些投射到地面上或其它背景障碍物上的光经过聚光镜片被光电探测器接收时，形成很强的背景噪声。另外，由于太阳光光谱覆盖了近红外波长，当激光器发出的激光脉冲信号的波长在太阳光红外光谱范围内时，与激光器发出的激光脉冲信号的波长处于同一波段的太阳光红外光谱成分无法被带通滤光镜片滤除，也形成了很强的背景噪声，从而影响了距离测量精度。

发明内容