本發(fā)明屬于激光脈沖測(cè)距，具體涉及一種提高單脈沖激光測(cè)距精度的溫度修正方法。

背景技術(shù)：

1、目前的激光脈沖測(cè)距法利用脈沖激光器發(fā)射一個(gè)或一列很窄的激光脈沖，通過測(cè)量回波與發(fā)射主波之間的脈沖延遲時(shí)間來(lái)測(cè)量距離，如圖1所示即測(cè)量飛行時(shí)間法。在靈敏度足夠和不產(chǎn)生測(cè)距模糊的情況下，其最大測(cè)量距離為：

2、

3、式中：c是光速，tr是激光往返于發(fā)射器和目標(biāo)之間的飛行時(shí)間，在這里它等于發(fā)射脈沖的重復(fù)周期；fr是激光發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率。

4、時(shí)間間隔測(cè)量電路的主要作用是準(zhǔn)確測(cè)量激光主波信號(hào)和回波信號(hào)之間的時(shí)間間隔。目前脈沖測(cè)距時(shí)間測(cè)量方法主要是脈沖測(cè)量法。脈沖測(cè)量法的硬件連接關(guān)系基本原理如圖2所示，通過測(cè)量發(fā)射脈沖和接受脈沖的時(shí)間間隔，來(lái)判斷回波與發(fā)射主波之間的距離。

5、當(dāng)測(cè)試場(chǎng)景溫度不同時(shí)，接受脈沖時(shí)刻發(fā)生微小變化，會(huì)將溫度特性造成的精度誤差引入距離測(cè)量中，即造成測(cè)量發(fā)射脈沖和接受脈沖的時(shí)間間隔產(chǎn)生溫度相關(guān)誤差，進(jìn)而降低測(cè)距精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種提高單脈沖激光測(cè)距精度的溫度修正方法。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種提高單脈沖激光測(cè)距精度的溫度修正方法，包括如下步驟：

5、步驟1：激光波形數(shù)據(jù)采集：fpga控制芯片對(duì)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行控制，使高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)激光波形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并完成激光波形數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)化；

6、步驟2：fpga控制芯片對(duì)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從數(shù)字化的激光波形數(shù)據(jù)中提取出關(guān)鍵的時(shí)間信息，包括脈沖的上升時(shí)間、峰值時(shí)間或信號(hào)到達(dá)時(shí)間，然后得到距離信息；

7、步驟3：利用溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，得到當(dāng)前溫度值t；

8、步驟4：當(dāng)距離信息和溫度信息獲取完畢后，存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)刻距離信息distanceraw和溫度值；

9、步驟5：根據(jù)目標(biāo)的距離值和溫度值的先驗(yàn)信息，在fpga控制芯片中預(yù)裝訂的距離信息和溫度信息的函數(shù)關(guān)系式，基于該函數(shù)關(guān)系式，計(jì)算得到距離修正值distancecorrect；

10、步驟6：fpga控制芯片將步驟4中得到的原始距離值distanceraw與步驟5中得到的距離修正值distancecorrect進(jìn)行比較，得到

11、最終的修正后的距離值即為：

12、distancefinal＝distanceraw–distancecorrect。

13、優(yōu)選地，步驟2中，還基于tof原理，計(jì)算激光發(fā)射和反射之間的時(shí)間差。

14、優(yōu)選地，步驟2中，fpga控制芯片通過以下方式對(duì)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：

15、時(shí)間標(biāo)記：fpga控制芯片首先為每個(gè)激光發(fā)射脈沖與激光接收脈沖分配時(shí)間戳，確保能夠精確匹配發(fā)射和接收脈沖。

16、計(jì)算飛行時(shí)間：通過測(cè)量激光從發(fā)射到接收的時(shí)間差，計(jì)算出激光在空氣中傳播的時(shí)間。

17、優(yōu)選地，所述函數(shù)關(guān)系式通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到，表示為：

18、distancecorrect＝f(distanceraw,t)

19、優(yōu)選地，distanceraw是從高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片獲取的當(dāng)前的原始距離值，是根據(jù)tof原理計(jì)算得到的未經(jīng)修正的距離。

20、優(yōu)選地，所述函數(shù)關(guān)系式替換為預(yù)裝訂的距離信息和溫度、濕度、氣壓的非線性關(guān)系模型的函數(shù)關(guān)系式。

21、優(yōu)選地，distancecorrect的數(shù)學(xué)表達(dá)式替換為：f(distanceraw,x)，x表示包含溫度、濕度、氣壓的環(huán)境變量。

22、本發(fā)明還提供了一種用于實(shí)現(xiàn)所述方法的系統(tǒng)。

23、本發(fā)明還提供了一種基于所述方法實(shí)現(xiàn)的激光脈沖測(cè)距方法。

24、本發(fā)明還提供了一種基于所述方法實(shí)現(xiàn)的激光脈沖測(cè)距系統(tǒng)。

25、(三)有益效果

26、本發(fā)明提供一種提高單脈沖激光測(cè)距精度的溫度修正方法，該方法通過對(duì)激光測(cè)距信息進(jìn)行溫度相關(guān)處理，并利用相關(guān)算法對(duì)脈寬修正后的原始延時(shí)、脈寬進(jìn)行溫度相關(guān)處理，最終得到滿足精度需求的溫度相關(guān)修正后延時(shí)，測(cè)距精度可達(dá)2ns。

技術(shù)特征：

1.一種提高單脈沖激光測(cè)距精度的溫度修正方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，還基于tof原理，計(jì)算激光發(fā)射和反射之間的時(shí)間差。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，fpga控制芯片通過以下方式對(duì)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述函數(shù)關(guān)系式通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到，表示為：

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，distanceraw是從高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片獲取的當(dāng)前的原始距離值，是根據(jù)tof原理計(jì)算得到的未經(jīng)修正的距離。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述函數(shù)關(guān)系式替換為預(yù)裝訂的距離信息和溫度、濕度、氣壓的非線性關(guān)系模型的函數(shù)關(guān)系式。

7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，distancecorrect的數(shù)學(xué)表達(dá)式替換為：f(distanceraw,x)，x表示包含溫度、濕度、氣壓的環(huán)境變量。

8.一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述方法的系統(tǒng)。

9.一種基于如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述方法實(shí)現(xiàn)的激光脈沖測(cè)距方法。

10.一種基于如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述方法實(shí)現(xiàn)的激光脈沖測(cè)距系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種提高單脈沖激光測(cè)距精度的溫度修正方法，屬于激光脈沖測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域。該方法通過對(duì)激光測(cè)距信息進(jìn)行溫度相關(guān)處理，并利用相關(guān)算法對(duì)脈寬修正后的原始延時(shí)、脈寬進(jìn)行溫度相關(guān)處理，最終得到滿足精度需求的溫度相關(guān)修正后延時(shí)，測(cè)距精度可達(dá)2ns。

技術(shù)研發(fā)人員：王洪濤,周魁,李盛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津津航技術(shù)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15