[发明专利]高速激光测距方法及高速激光测距系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，特别一种能实现高速、高精度、短距离激光测距的方法及实现该测距方法的激光测距系统。 

背景技术

激光相位测距方法是通过激光作为光源对目标距离进行精确测定的一种方法，目前激光测距主要通过干涉法、相位法、脉冲法三种方式实现。其中干涉法激光测距对震动很敏感，只适于测量相对位移量，在无震动、测程很短的精密测量中能适用，因此这种激光测距方法应用范围较窄，不能得到较为广泛的应用。脉冲法激光测距是通过将激光脉冲飞行时间换算成测程的方式进行测距，由于激光发射器能在瞬间输出超强功率的红外波段的激光脉冲，且单次脉冲持续的时间很短，因此该测距方法的优点是：超远程、对人体无伤害、抗干扰能力较强等；缺点是，测量分辨率低。相位式激光测距方式是通过计算二个频率较高的测量信号的相位差来计算测程，激光发射器发射的是经调制的可见光，所以该测距方法的优点是：测量分辨率高，应用灵活；缺点是：测程短，单次测量速度较慢，由于使用的是可见光，抗可见光干扰的能力差。 

其中相位法最常用的是双频率信号测量法，其原理是，用F1和F2二个测尺频率分别调制光波去测量同一距离时，而光波的相位移分别为：φ1=2ΠF1t=2Π（N1+ΔN1），φ2=2ΠF2t=2Π（N2+ΔN2），相位差为Δφ=φ1-φ2=2Π[（N1-N2）+（ΔN1-ΔN2）]=2Π（N+ΔN），其中N=N1-N2，ΔN=ΔN1-ΔN2。 

若用差频F1-F2作为光波的调制频率来测量这一距离时，其相位为，φ=2Π(F1-F2)t=2Π[（N1-N2）+（ΔN1-ΔN2）]=2Π（N+ΔN），可见，对同一距离做相位法测量时，二个测尺频率分别测距的相位移之差，等于以二个测尺频率的差频作为测尺频率来测距时的相位移。在实际应用中，将F1或F2其中的一个作为精尺，因为F1或F2对应的波长较短，用它的相位进行细分，可得出较高距离分辨率的结果，F1-F2作为粗尺，因为F1-F2对应的波长较长，用它的相位检测的距离较长，可提高测程。测距时，用F1和F2二个测尺频率分别调制光波去测量同一距离时，检测出二个相位值，用其中的一个相位值用前面讲述的方法换算成较精确的距离值L1，再用二个相位的差值去换算成精确度较低的距离值L2，假设用F1作为精尺频率，F1对应的波长是λ1，F1-F2粗尺频率对应波长是λ，设F1=m*(F1-F2)，则λ=m*λ1， 则总的测距系统与目标物的距离L=(L2-λ1/2)+L1。由上述方法不难看出，要测量一次距离，需要用二个测尺频率F1和F2做二次测量、处理和计算，而且每次测量时相位的计算较为复杂，这是因为F1和F2的频率较高的缘故，所以这种方法比较耗时，不能作为高速测量使用。 

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种既满足高速测量、又满足较高分辨率要求，且成本较低的激光测距方法，以及实现该激光测距方法的一种激光测距系统。 

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高速激光测距方法，其包括如下步骤：将正弦信号通过激光驱动电路驱动激光二极管工作，使激光二极管发射平行光对目标物进行照射；使用APD雪崩光电二极管接收目标物的反射光并转化为回波信号；取激光驱动电路驱动激光二极管的发射信号，用同一路本振信号对发射信号和回波信号进行混频、下变频，得到两路中频信号，测量两路中频信号的相位差，二路中频信号的相位差即为回波信号和发射信号的相位差，该相位差与测量距离成正比例的关系，这样根据相位差就可测量出激光二极管距目标物的距离。 

优选地，两路中频信号通过带有计时功能的CPLD进行测量。 

优选地，激光二极管发射的平行光为635nm的红光。