[发明专利]一种基于光路差分的激光脉冲测距方法

说明书

技术领域

本发明属于激光测距领域，特别是涉及一种基于光路差分的激光测距方法。 

背景技术

激光脉冲测距是利用激光器对目标发射一窄脉冲，测量激光脉冲在目标与传感器之间的飞行时间（TOF:time of flight），进而计算二者之间的距离。由于基于TOF测量方式具有测量距离远，精度高，结构简单，性能稳定等特点，被广泛用于坦克、飞机、舰艇和火炮等对目标的测距，以及地形测量，战场测量，云层、飞机、导弹以及人造卫星高度的测量等。目前，激光测距对于中远距离目标通常是采用单个高灵敏度的光电接收器（例如：雪崩光电二极管（APD）），结合回波峰值探测机制获取飞行时间。这种方法虽然结构简单，但是由于受噪声与回波展宽的影响，使得峰值时刻无法准确提取，尤其是在长距离测量中，微弱的回波信号很容易淹没在噪声之中，因此信噪比降低，从而影响了测距精度。 

发明内容

本发明的目的是为了解决因信噪比降低而影响了测距精度的问题，提供一种基于光路差分的激光脉冲测距方法。 

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。 

本发明的一种基于光路差分的激光脉冲测距方法，包括处理电路模块，激光光源，准直扩束镜，分光镜，光电探测器，聚光镜，第一粗微动平台，第一APD，第一接收透镜，半反半透镜，减法器，第一粗微动平台控制器，第二接收透镜，第二粗微动平台，第二APD，第二粗微动平台控制器； 

其中，聚光镜与分光镜的间距记为l₀，l₁为分光镜与半反半透镜之间的距离，分光镜与第一接收透镜、第二接收透镜的间距记为l₂，l₃，为实现光路差分，满足如下关系：l₁+l₂=l₀-d，l₁+l₃=l₀+d，其中，d为差分距离，下述系统工作原理。 

连接关系： 

激光光源受处理电路模块驱动发出一束脉冲激光，经过准直扩束镜、分光 镜分为两条光路，一部分光（小部分）经聚光镜聚焦在光电探测器用于产生开始信号给处理电路模块；另一部分（大部分）用于探测目标，从目标的反射或散射光经分光镜、半反半透镜分为两条光路，一路光经第一接收透镜汇聚至第一APD上，光信号转换为电信号P_r1(t)送至减法器的“+”端；另一路光经第二接收透镜汇聚至第二APD上，光信号转换为电信号P_r2(t)送至减法器的“-”端，两部分光路参数相同，第一接收透镜与第一APD构成一路接收单元，第二接收透镜与第二APD构成另一路接收单元。经过减法器后，形成差分信号P_r1(t)-P_r2(t)，送入处理电路模块中，处理电路模块根据优化原则向第一粗微动平台控制器、第二粗微动平台控制器同时发出控制信号，控制相应的第一粗微动平台，第二粗微动平台移动，从而改变差分距离d，当差分回波曲线过零点处的斜率最大时，停止移动，记录此时的过零点时刻，从而记录零点时刻，完成距离测量。 

粗微动平台分别由精密伺服电机与压电陶瓷制动器（PZT）组成，精密伺服电机用于粗动控制，PZT用于微动控制。 

含有背景噪声的回波信号将在减法器的作用下相互抵消，从而避免了背景噪声对系统精度影响。 

所述优化原则是以回波信号在零点处的斜率最大为准则。 

所述处理电路模块根据优化原则向粗微动平台控制器发出控制信号，控制相应的粗微动平台移动，具体步骤如下： 

（1）减法器输出的差分回波信号送入处理电路模块中，测得回波脉宽τ_r； 

（2）基于d=cτ_r计算出此时应调整的差分距离d； 

（3）对于范围较大的差分距离移动（大于mm量级），优先选用粗动控制方式，控制第一粗微动平台、控制第二粗微动平台使其快速移动到指定的差分距离d值附近；对于移动距离范围小的情况可以直接采用微动控制； 

（4）停止粗动调整，微动控制开始运行，当零点处的斜率最大时，记录此时零点位置对应的时刻； 

有益效果： 

（1）本发明的一种基于光路差分的激光脉冲测距方法，将峰值探测转换为零点探测，而且差分回波存在绝对过零点，更加有利于精度提高与硬件实施；