[发明专利]一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统和方法，其中，所述系统包括：发射系统、光功率调节系统和接收系统；发射系统，用于发射测量光信号和补偿光信号；光功率调节系统，用于调节发射系统中补偿光信号的发射功率；接收系统，用于接收反射光信号，依次确定第一相位值和第二相位值，并根据第一相位值与第二相位值的差值，确定所述待测目标物的距离。通过本发明消除了APD的相位误差，达到了高精度的测距性能的要求。

技术领域

本发明属于距离测量技术领域，尤其涉及一种基于APD的光功率自补偿的激光测距方法和系统。

背景技术

雪崩二极管(Avalanche Photo Diode，APD)相对于二极管(Positive InputNegative，PIN)作为光电转换器件具有很大的内增益，提高了激光测距系统的信噪比和灵敏度，适合高精度场合。但是，APD是一个非线性的器件，对于入射其上的光信号产生非线性响应，响应时间随温度、APD偏置电压以及光功率等变化，同时在相位法激光测距系统中，回光信号随距离增加成二次方的减小，当回光信号光功率小于某个值时，则会由于APD的非线性导致相位误差，进而导致测量得到的距离存在误差。

目前，对于APD产生的相位误差的补偿是通过标定的方法进行修正。然而，现有的标定修正方法存在诸多问题：1、一般只考虑到温度、APD偏置电压以及光功率等外界因素中的其中一个，当其他外界因素发生变化时，难以实现补偿；2、元器件的老化等将导致各参数与相位的关系发生改变，原有标定曲线将无法实现对相位误差的准确补偿。可见，现有的相位误差补偿方案受外界条件影响较大，存在补偿误差较大、难以达到高精度的测距性能要求的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统和方法，旨在消除APD的相位误差，达到高精度的测距性能。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于APD的光功率自补偿的激光测距系统，包括：发射系统、光功率调节系统和接收系统；

发射系统，用于向待测目标物发射频率为f的测量光信号、向反光镜发射频率为0的补偿光信号；

以及，在接收系统确定接收到的测量光信号对应的反射光信号与补偿光信号对应的反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，停止向待测目标物发射测量光信号，并，向反光镜发射功率为P₀、频率为f的补偿光信号；

光功率调节系统，用于调节发射系统中补偿光信号的发射功率，以使接收系统接收到的测量光信号对应的反射光信号与补偿光信号对应的反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致；

接收系统，用于接收频率为f的测量光信号经待测目标物反射后返回的反射光信号，和，接收频率为0的补偿光信号经反光镜反射后返回的反射光信号；

以及，判断接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P是否一致；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P一致时，确定当前时刻下的测量光信号对应的反射光信号的第一相位值和当前时刻下的补偿光信号的功率P₀；当接收到的各反射光信号的光功率之和与预设参考功率P不一致时，控制所述光功率调节系统对发射系统中补偿光信号的发射功率进行调节；

以及，接收功率为P₀、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号，确定所述功率为P₀、频率为f的补偿光信号对应的反射光信号的第二相位值；

以及，根据所述第一相位值与第二相位值的差值，确定所述待测目标物的距离。

在上述基于APD的光功率自补偿的激光测距系统中，发射系统包括：测距激光发生器、补偿激光发生器和开关切换单元；接收系统包括：APD、相位提取单元和处理器；