[发明专利]一种基于波形时域匹配的激光测距系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于波形时域匹配的脉冲激光测距系统和方法，系统包括软件和硬件。FPGA发送控制信号给激光窄脉冲发射电路，发射电路控制激光发射器发射脉冲激光。物体反射激光通过光学准直系统和窄带滤光片将回波光信号发射到光电转换系统，光电转换系统将光信号转换成回波电信号，再通过模拟放大电路变成定幅度回波模拟信号进入信号合路系统。在FPGA发射控制信号控制激光发射的同时，FPGA将时间参考脉冲同时发送到信号合路系统，合路系统将时间参考脉冲和定幅度回波模拟信号整合成带时间参考的回波信号。带时间参考的回波信号在ADC采样系统中量化为数字检测信号，发送给FPGA进行数据分析，通过软件部分的波形时域匹配分析后测距结果由FPGA输出。

主权项

1.一种基于波形时域匹配的脉冲激光测距方法，应用于基于波形时域匹配的激光测距系统，所述系统包括软件部分和硬件部分；所述硬件部分包括光学准直系统、FPGA、滤光片、光电转换系统、模拟放大电路、激光发射器、信号合路系统、ADC采样系统和激光窄脉冲发射电路；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，激光窄脉冲发射电路控制发射阵充能；步骤2，经光学通道传输并漫反射回接收光学部分，由光电转换系统进行光电转换；步骤3，前级微弱回波信号进行N倍放大，后经合路系统加入参考时间脉冲；步骤4，ADC对信号进行采集并对大量数据进行简易筛选，进行初步的峰值查找筛选出有用部分降低后续计算量；回波功率估计亦于此处完成，计算出的回波脉冲的功率值将送给激光窄脉冲发射电路，激光窄脉冲发射电路被设计为一直工作于零状态的充能电路可使得两次发射行为之间的发射功率完全无关，任意一次发射都可以在额定范围内任意的选取发射功率；步骤5，时域波形分析，其中包含时域波形匹配算法、光路衰减估计，在此通过插值获取较高的时间分辨率，时间分辨率优于50ps；步骤6，由于AGC在增益不同的情况下具有不同的群延时，为保证精度及调整速度很难做到很快放弃使用了可变增益环节，根据光路衰减经由专家控制系统调整发射功率补偿光路衰，使得下次的回波能量恰好位于期待功率范围内，从而获得具有较好信噪比的回波信号，此处将给出发射功率相对值；步骤7，根据发射功率和所测的距离及专家系统得出被测距对象的反射率从而推导出灰阶值。