专利名称：激光测距方法及其系统的制作方法
技术领域：
激光测距方法及其系统属于激光测距技术领域。
传统的测距方法，是利用电子电路技术，将要测的飞行时间ΔT的信号宽度拉长以便测量；或将飞行时间ΔT的信号转换成其它易于测量的电气数值(例如电压等)试图以该电气数值的变化，反推飞行时间ΔT的大小。精度要求越高，其电子电路的复杂度与精密电子元件的需求量都要大大提高。一种提高测量精度的方法是采取多次测量取平均的方法，一般情况下，测量N次取平均值，其测量精度可以提高N1/2倍，但相应的测量时间也增加了N倍。
一次测量的时间T0包括飞行时间ΔT及时间测量所需时间T1，通常ΔT都远小于T1，如100米测距，其ΔT约为670ns(10-9秒)，而T1通常在毫秒量级，两者相差1000倍以上，因此，T0约等于T1，如果测量1000次取平均，总的测量所需时间T约为T1×1000。
本发明所述的激光测距方法的特征在于在一个由受控激光发射器、被测目标和光接收器三者依次串接而构成的光电信号振荡环路中，在激光接收器的控制下，受控激光发射器的工作状态由有光输出→无光输出→再有光输出构成一个光电信号振荡周期，周期的不断循环就构成一个稳定的光电信号环路，上述周期t0可表述如下t0＝ΔT+t1＝ΔT+t11+t12连续测量N个周期后取t0的均值；其中，t1振荡电路延时时间；t11光接收器输出信号与输入信号之间的时间间隔，即光接收器本身的延迟时间；t12受控激光发射器输入电信号与发射光信号之间所需的时间，即受控激光发射器本身的延迟时间；
测出光接收器相邻的两个输出信号的时间间隔再乘以2，即可得到光电信号振荡周期t0，从中即可计算出飞行时间ΔT。
本发明所述的激光测距系统的特征在于它含有由受控激光发射器，被测目标和输出电平代表有光或无光控制信号的光接收器依次串接而闭环构成的光电信号振荡电路，输入端与光接收器输出端相连且设置着测量时间或测量周期数而又与上述振荡电路滞后NT0时间运行的飞行时间测量单元，输入端与飞行的时间测量单元输出端相连的微处理器。所述的受控激光发射器含有输入端与光接收器输出端相连的激光发射驱动器，与激光发射驱动器输出端相连的受驱激光二极管，经光纤接收受驱激光二极管输出的激光信号后再向被测目标发射的透镜。所述的光接收器含有接收被测目标的反射激光的透镜，经光纤接收上述反射激光的光传感器，输入信号为已由跨阻抗放大器放大的光传感器输出的电压反馈信号而输出信号分别为输入到受控激光发射器、飞行时间测量单元的有光或无光控制信号的电压快速比较器，所述的有光或无光控制信号是由预先设定在电压快速比较器上的参考电压和电压快速比较器从光传感器输出端接收并放大了的电压反馈信号之差决定的。
实验证明它达到了预期目的。
图2

图1中光电信号振荡环路内的光电信号时序图。
在图2中，受控激光发射器1输出的激光信号光经被测目标2反射后再被光接收器接收，其所需的飞行时间为ΔT；光接收器3的电路延时间t11即接收到信号后再到输出电信号的时间；受控激光发射器1的电路延迟时间为t12即接收到光接收器输出电信号到受控激光发射器发射激光信号的时间。然后，再由受控激光发射器1输出光信号。
测量开始时，置受控激光发射器1为发射状态向被测目标2发射一束激光，经被测目标2反射后由光接受器3接收到，期间的大气传输延时为ΔT；当光接收器3接收到激光后，输出高电平信号至受控激光发射器1，期间电路延时为t11；受控激光发射器1接收到高电平信号后，即有光控制信号后，被置于停止发射状态，即终止向被测目标2发射激光，期间从接收到高电平信号到停止发射激光经电路延时t12。
受控激光发射器1终止发光的信号经大气传输延时ΔT后，被光接收器3接收到，即它收到无光信号；该无光信号经电路延时t11后，光接收器输出低电平信号即无光信号经电路延时t12，传送至受控激光发射器1使它恢复发射激光。
上述发光→停止→再发光的过程的时间，即光电信号振荡周期t0，它的构成及计算公式已如上述。
光接收器3输出的电信号同时被传送至由芯片MAX191等构成的飞行时间测量单元4，该信号即以t0为周期的周期脉动信号，被测飞行时间ΔT也包含在其中，飞行时间测量单元4从t0中得出ΔT。它可以测量包含N个连续脉动周期信号的时间Nt0来得出t0平均值以提高测量精度。
在一般情况下，t1在100ns以内。以100米测距为例，t1取最大值100ns，t0则为770ns，当仅测量一个周期时，测量所需时间t为T0与T1之和，T1为时间测量所需的时间，通常在毫秒量级，远大于t0，故测量时间t约为T1；在本发明中，飞行时间测量单元滞后于上述振荡电路Nt0时间运行，因而，当测量一个周期时，测量所需时间t为t0×1000＝770μs与T1之和，约为2T1，但同时也获得了1000次平均之精度，但测量所需时间t即大幅度减少，传统技术是T1×1000，本发明是2T1，为前者的1/500，测量所需的时间t大幅度下降但测量精度反而提高了。
权利要求
1.激光测距方法，它是把距离转化为飞行时间来实现的，即距离＝1/2×光速×飞行时间，其中，飞行时间是指从发出测距用激光信号→照射在目标物上→反射并接收上述激光信号所需的时间ΔT，其特征在于在一个由受控激光发射器、被测目标和光接收器三者依次串接而构成的光电信号振荡环路中，在激光接收器的控制下，受控激光发射器的工作状态由有光输出→无光输出→再有光输出构成一个光电信号振荡周期，周期的不断循环就构成一个稳定的光电信号环路，上述周期t0可表述如下t0＝ΔT+t1＝ΔT+t11+t12连续测量N个周期后取t0的均值；其中，t1振荡电路延时时间；t11光接收器输出信号与输入信号之间的时间间隔，即光接收器本身的延迟时间；t12受控激光发射器输入电信号与发射光信号之间所需的时间，即受控激光发射器本身的延迟时间测出光接收器相邻的两个输出信号的时间间隔再乘以2，即可得到光电信号振荡周期t0，从中即可计算出飞行时间ΔT。
2.根据权利要求1所述的激光测距方法而提出的系统，其特征在于，它含有由受控激光发射器，被测目标和输出电平代表有光或无光控制信号的光接收器依次串接而闭环构成的光电信号振荡电路，输入端与光接收器输出端相连且设置着测量时间或测量周期数而又与上述振荡电路滞后NT0时间运行的飞行时间测量单元，输入端与飞行时间测量单元输出端相连的微处理器。
3.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，所述的受控激光发射器含有输入端与光接收器输出端相连的激光发射驱动器，与激光发射驱动器输出端相连的受驱激光二极管，经光纤接收受驱激光二极管输出的激光信号后再向被测目标发射的透镜。
4.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，所述的光接收器含有接收被测目标的反射激光的透镜，经光纤接收上述反射激光的光传感器，输入信号为已由跨阻抗放大器放大的光传感器输出的电压反馈信号而输出信号分别为输入到受控激光发射器、飞行时间测量单元的有光或无光控制信号的电压快速比较器，所述的有光或无光控制信号是由预先设定在电压快速比较器上的参考电压和电压快速比较器从光传感器输出端接收并放大了的电压反馈信号之差决定的。
全文摘要
激光测距方法及其系统属于激光测距技术领域，其特征在于它在一个由受控激光发射器、被测目标和光接收器三者依次串接而成的光电信号振荡环路中，在光接收器的控制下，受控激光发射器从有光输出→无光输出→再有光输出构成一个光电信号振荡周期t
文档编号G01S17/00GK1403834SQ02130849
公开日2003年3月19日 申请日期2002年10月11日 优先权日2002年10月11日
发明者陈千颂, 杨成伟, 霍玉晶 申请人:清华大学