[发明专利]一种基于TDC的远距离高精度激光测距装置及测距方法

说明书

本发明公开了一种基于TDC的远距离高精度激光测距装置及测距方法，以消除激光回波系统误差。测距装置包括测距控制器、发射驱动电路、激光发射电路、分光镜、光电检测器、回波处理电路和时间间隔测量电路；测距控制器同时向发射驱动电路和时间间隔测量电路发送窄脉冲信号，发射驱动电路触发激光发射电路，激光发射电路向目标物发射窄脉冲激光束，分光镜将一部分窄脉冲激光束反射入光电检测器；光电检测器接收窄脉冲激光束和目标物回波脉冲并将其输送至回波处理电路分别进行处理并输送至时间间隔测量电路；时间间隔测量电路记录接收到的窄脉冲信号、反射窄脉冲激光束和目标物回波脉冲的三个时间点输送至测距控制器，由测距控制器进行测距运算。

技术领域

本发明属于脉冲激光测距技术领域，具体涉及一种基于TDC的远距离高精度激光测距装置及测距方法。

背景技术

脉冲式激光测距因其测程远、测速快、隐蔽性和安全性强的特点而在激光测距领域有着十分重要的地位。现有的脉冲式激光测距仪主要采用雪崩晶体管做发射，电路体积大，脉宽宽，在调试中容易出现脉宽变窄，电路严重过冲，使得测距精度降低，并且接收到的信号质量变差，在后期电路修改中发现电路板不管怎么修改，电路寄生电容没有变化，使得系统误差难以排除。

现有技术中，激光在待测距离上的往返时间t采用的计算方法为：t=STOP2-START-△；其中，START为测距开始时刻，STOP2为测距结束时刻，△为系统误差。而系统误差△的值通常需要通过测量比较得到，并且该值在不同的测距产品中会有不同，需要对测距产品进行调试和矫正，由人工处理得到系统误差，但是在操作上耗费精力较大，并且得不到确定的数值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于TDC的远距离高精度激光测距装置及测距方法，能够有效地消除激光回波系统误差。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于TDC的远距离高精度激光测距装置，包括测距控制器、发射驱动电路、激光发射电路、分光镜、光电检测器、回波处理电路和时间间隔测量电路；所述测距控制器用于同时向发射驱动电路和时间间隔测量电路发送窄脉冲信号，所述发射驱动电路用于在接收到窄脉冲信号后触发激光发射电路，所述激光发射电路用于经触发后向目标物发射窄脉冲激光束，所述分光镜用于将激光发射电路发出的一部分窄脉冲激光束反射入光电检测器；所述光电检测器用于接收分光镜反射的窄脉冲激光束和目标物回波脉冲并将其分别输送至回波处理电路，所述回波处理电路用于对接收到的反射窄脉冲激光束和目标物回波脉冲分别进行处理并输送至时间间隔测量电路；所述时间间隔测量电路用于记录接收到的窄脉冲信号、反射窄脉冲激光束和目标物回波脉冲的时刻并将三个时间点输送至测距控制器，由测距控制器进行测距运算。

进一步的，所述激光器发射电路采用MOS管与激光二极管集成封装。

进一步的，所述回波处理电路包括两路，分别对光电检测器输入的反射窄脉冲激光束和目标物回波脉冲进行处理；每路回波处理电路均包括依次相连的跨阻放大电路、滤波电路、主放大电路和阈值比较整形电路，所述光电检测器分别与两路跨阻放大电路相连，两路阈值比较整形电路分别与时间间隔测量电路相连。

进一步的，所述时间间隔测量电路采用时间数字转换芯片TDC-GP2。

一种基于TDC的远距离高精度激光测距方法，包括如下步骤：

（1）利用测距控制器同时向发射驱动电路和时间间隔测量电路发送一个窄脉冲信号，发射驱动电路接收到该窄脉冲信号后，触发激光发射电路向目标物发射窄脉冲激光束，时间间隔测量电路将接收到该窄脉冲信号的时刻记录为测距开始时刻START；

（2）利用分光镜将激光发射电路向目标物发出的窄脉冲激光束的一部分反射入光电检测器，这部分反射窄脉冲激光束由回波处理电路处理后输送至时间间隔测量电路，时间间隔测量电路将接收到该反射窄脉冲激光束的时刻记录为脉冲发射时刻STOP1；