[发明专利]一种高精度远距离窄脉冲激光测距装置

说明书

本发明公开一种高精度远距离窄脉冲激光测距装置，包括FPGA主控制器、驱动电路、激光发射器、光学系统、主波PIN光电探测器、回波APD光电探测器、主波放大器、回波放大器、自相关检测电路、自动增益控制模块、时刻鉴别整形电路、数字滤波电路与计时电路。本发明基于10ns红光脉冲光源的远距离、高精度、高信噪比脉冲激光测距，并提出新的回波脉冲信号处理方法，设计新型回波脉冲信号鉴别整形电路、数字滤波电路，并结合自相关检测电路提高测距精度、信噪比、测程。本发明与现有技术相比，信噪比提高到10dB以上，测程提高到3km，精度提高到1m以内。

技术领域

本发明属于激光测距领域，涉及一种脉冲激光测距装置和方法，特别是基于窄脉冲激光的高精度、高信噪比、远距离的脉冲激光测距装置和方法。

背景技术

脉冲式激光测距系统具有测量原理简单、测量速度快的优点被广泛应用于测距领域。普通脉冲式激光测距系统主要基于几十ns级别的绿光光源测距，由激光发射系统、光电检测、放大滤波电路、阈值鉴别整形、计数等模块组成。当测量距离比较远，激光发射器发射脉冲激光经过目标漫反射后被光电探测器接收到的激光能量极其微弱，回波脉冲信号被淹没在噪声之中无法提取，此时，利用阈值鉴别电路已经无法从噪声中提取微弱回波脉冲信号，无法实现远距离、高精度、高信噪比的脉冲式激光测距。

传统的基于10ns以内的红光脉冲激光光源的脉冲激光测距系统可以达到的测距精度比较低、测程比较近。由于远距离测距时回波脉冲信号很弱，容易被噪声淹没，此时，传统的脉冲激光测距系统无法从噪声中提取出回波脉冲信号，使得测距精度、测程受到制约。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种高精度远距离窄脉冲激光测距装置，基于10ns红光脉冲光源的远距离、高精度、高信噪比脉冲激光测距，并提出新的回波脉冲信号处理方法，设计新型回波脉冲信号鉴别整形电路、数字滤波电路，并结合自相关检测电路提高测距精度、信噪比、测程。

本发明高精度远距离窄脉冲激光测距装置，包括FPGA主控制器、驱动电路、激光发射器、光学系统、主波PIN光电探测器、回波APD光电探测器、主波放大器、回波放大器、自相关检测电路、时刻鉴别整形电路、数字滤波电路、计时电路与显示器。

所述FPGA主控制器控制驱动电路开启，由驱动电路驱动激光发射器发射脉冲激光；脉冲激光经过光学系统分为两路，一路作为主波脉冲信号进入主波PIN光电探测器，另一路聚焦后，射向被测目标；随后经被测目标表面漫反射射向光学系统聚焦再经滤波后作为回波脉冲信号进入回波APD光电探测器。

上述主波PIN光电探测器将接收到的脉冲激光转换为电流信号，发送至主波放大器，由主波放大器将电流信号转换成电压信号并进行放大，输出至时刻鉴别整形电路A整形得到数字信号，输出至高精度计时电路作为时间间隔测量的开始信号stop1。上述回波APD光电探测器将接收到的脉冲激光转换为电流信号，输入回波放大器中，依次经回波放大器中的低噪声前置放大电路与主放大电路放大到满足要求的电压信号。

放大后的电压信号分两路输出，一路输出至时刻鉴别整形电路B，另一路输出至自动增益控制模块，由自动增益模块自动调节回波放大器的增益倍数；由时刻鉴别整形电路B对电压信号经整形后得到数字信号输出至计时电路作为时间间隔测量的结束信号stop2。

由此通过计时电路测量主波到达时刻stop1和回波到达时刻stop2之间的时间间隔t，并由FPGA主控制器通过下式进行计算得到被测目标距离，并通过LED显示屏显示测距结果。

本发明的优点在于：

1、本发明高精度远距离窄脉冲激光测距装置，是一种窄脉冲激光回波脉冲信号处理系统，设计回波脉冲信号鉴别整形电路、数字滤波电路，并结合自相关检测电路提高测距精度、信噪比、测程。

2、本发明高精度远距离窄脉冲激光测距装置，与现有技术相比，信噪比提高到10dB以上，测程提高到3km，精度提高到1m以内。