[发明专利]一种激光测距装置及其测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及测距技术领域，具体涉及一种激光测距装置及其测距方法。

背景技术

激光测距即是以激光作为媒介进行的距离测量方法。具体地，当处理器向激光驱动器发射一个触发信号的同时，也同步使能计时器开始工作。当激光驱动器驱动激光器发出一个脉冲激光，此脉冲激光射向被测目标，通过目标表面的漫反射，一部分能量反射回来，被激光接收器所捕获。经信号处理与放大后，得到一个回波触发信号，此回波信号会使计时器停止计时。此期间所测得时间为T,激光传播速度为光速C,则根据TOF(time of flight)飞行时间法，该距离为:D＝C*T/2。由于光速C基本可以视为一常数，因此，飞行时间法主要的误差来源于计时误差。更进一步地，主要来源于计时结束触发信号。由于激光在传输过程受大气影响，以及目标物距离的不同，反射率的差异，入射角的大小均不相同，使回波信号波形和幅度会有很大的变化，导致时刻点判断出现明显的漂移误差。

激光测距时刻鉴别方式，可以归纳为以下三种形式：1)前沿时刻法；2)恒定比例法；3)高通容值法。与恒定比例法和高通容值法相比，前沿时刻法具有结构简单，造价低，易于实现的特点，目前广泛使用在米级精度测距领域。但由于具有明显的漂移误差，使该方法在高精度场合的应用受到了很大局限。

中国专利申请[CN 102221631 A]和[CN 106054205 A]均提出了一种使用双阈值，得到回波信号上升沿的斜率信息，利用此斜率信息对前沿时刻法进行校正的方法，可以改善前沿时刻法漂移误差的问题。但该方法存在的一个无法克服的问题是：由于要使用双阈值来获得脉冲前沿斜率的信息，因此两个阈值的选取存在这样一个无法调和的矛盾，若双阈值间隔过小，则斜率的变化不明显，校正点太少使得校正精度不高；若双阈值的间隔设计过大，则因比较弱的回波信号无法超过第二个高的阈值，而导致该方法不能获得斜率信息，也即降低了其测距能力。

综合以上因素,如何设计一种既能维持前沿时刻法的测距能力，又能显著提高其测距精度的测距装置和方法，是业内研究人员亟需解决的重要课题.

发明内容

本发为了解决现有方法存在的不足，提出了利用单阈值比较器结合脉冲前沿时刻鉴别和脉冲宽度信息，对前沿时刻法之初始测量值进行修正的测距装置和方法，从而达到提高测量精度的目的。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种激光脉冲测距装置，包括一处理器；

一激光发射模块，由所述处理器触发工作向被测目标发射一窄脉冲激光；

一激光接收模块，用于接收从被测目标反射回来的回波信号并转换成电流信号；

一信号处理模块，连接所述激光接收模块，用于将所述电流信号转换成电压信号并放大，然后与一固定阈值比较，得到一触发信号；

一计时模块，连接所述处理器和信号处理比较模块，用于获得初始发射时刻t₀，以及对所述触发信号的上升沿和下降沿分别计时，得到所述回波信号的前沿时刻t₁和后沿时刻t₂；

所述处理器还用于根据所述前沿时刻t₁和后沿时刻t₂得到所述回波信号的脉冲宽度δt，并利用该脉冲宽度对初始测距值进行修正补偿，得到修正测距值。

进一步的，所述信号处理模块包括：

一前置转阻放大器，用于将激光接收模块输出的电流信号转换成电压信号；

一信号放大器，用于将前置转阻放大器输出的电压信号进一步放大；

一阈值比较器，用于将信号放大器输出的电压信号与一固定阈值比较，得到触发信号。

可选的，所述阈值比较器采用单端输出或是互补输出的形式。

可选的，所述计时模块对单一输入通道的上升沿和下降沿同时计时；或者具有两个同时对上升沿计时的通道；或者具两个计时通道，一个通道为对上升沿计时，另外一个通道对下降沿计时。

进一步的，所述处理器还包括一存储单元，所述存储单元用于预先存储修正补偿参数供处理器提取，以加快处理速度。

本发明还提供了一种激光脉冲测距方法，包括如下步骤：

S1、处理器触发激光发射模块向被测目标发射一窄脉冲激光，同时计时模块获得初始发射时刻t₀；

S2、激光接收模块接收从被测目标反射回来的回波信号并转换成电流信号；

S3、通过信号处理模块将所述电流信号转换成电压信号并放大，然后与一固定阈值比较，得到一触发信号；