专利名称：镭射测距装置的测试方法
技术领域：
本发明关于一种应用于镭射测距装置的测试方法，尤其是关于缩短镭射测距装置开发时间的测试方法。
背景技术：
从古至今，测量距离一直都是很重要的一项工作。从最初的皮尺、轮尺以及几何测距仪，人们一直都在找寻更快、更准确与更有效果的测量工具跟方法。
由于现有的测量工具，如几何测距仪，往往需要架设在一定的地面上，且须通过人类的感官进行测量操作，因此难免有无法避免的误差。
所以在镭射测距仪发明后，立刻获得广泛的重视。请参照图1，此图说明镭射测距仪10的基本原理。首先，镭射测距仪10以镭射光朝向待测物12发出一个发射信号102并记录发射时间。这个发射信号102可以具备一定的样态(pattern)，以便于识别。当发射信号102遇到待测物12时，因为光学原理会产生一个反向的反射信号104。镭射测距仪10接收此反射信号104并记录其接收时间。由于光传播的速度为3×108米/秒，因此，只要将接收时间减去发射时间，得出光运动的时间，再乘上光的速度，最后除以二，就可以得到镭射测距仪10与待测物12之间的距离。
然而，即使镭射测距仪具有快速、准确的效果，因为光行进的速度非常快，整个镭射测距仪要达到准确量测距离的效果，将是件复杂的工作。也正因为调整镭射测距仪的复杂性，使得其成本偏高而难以普及。
此外，因为镭射测距仪所应用的情况相当多样，例如距离的长短，待测空间的物理性质，如湿度高的水面，以及其它使用镭射测距原理的应用，例如警察使用的测速器等，发射信号、接收信号的调整都决定了镭射测距仪的品质。
但是，由于缺乏通用性的测试方法，今日在制作镭射测距装置时，只能依研发所需的特性需求选用仅具单一量测功能的测试仪器，不但价格昂贵，且效率不佳，易造成人力与时间的浪费。
因此，如何归纳出一套具有弹性而能符合各种镭射测距装置的测试方法便成为一件重要的工作。

发明内容
本发明的目的在于提供一种镭射测距装置的测试方法；通过此方法弹性设定镭射测距装置的各项参数值，以便获得最佳设计。
根据上述目的，本发明利用一测试系统测试镭射测距装置；其中测试系统包括一中央处理单元、一显示单元与一记忆单元，且镭射测距装置包括一发射模组、一接收模组与一模拟/数字转换器。首先设定发射次数、镭射发射功率、接收门槛电位值等控制参数，并依据这些参数控制发射模组发射激光束；待激光束遭目标物反射后，接收模组依据设定的接收门槛电位过滤接收反射的激光束与伴随的杂散光束后产生一模拟讯号，并经一模拟/数字转换器将该模拟讯信号转换为数字讯号，传回测试系统并存放于记忆单元中。此时中央处理单元读取记忆单元中的资料，对其进行统计分析出讯号杂讯比(S/N)，并将之转换为视觉资料，由显示介面呈现给使用者。使用者在显示介面得到讯/杂(S/N)的视觉呈现后，可判断其讯/杂是否达到理想值，讯/杂通常以对数表示，其值愈高代表讯号与杂讯的强度相差愈多，也就是代表讯号强度愈高，若讯/杂过低，则可再次调整控制参数或更换较佳特性的元件，直到镭射测距装置达到理想的状态。
因此，本发明至少具有下列优点。首先，系统可提供在不同光学系统、发射电位、接收电位、接收门槛值电位，以及自然环境的镭射测距装置的原始数据搜集或分析，以及信号/杂讯图形显示。其次，使用本发明的系统可加速镭射测距仪的测试与各参数的设定，从而达到准确的设计，满足各种应用的需要。
下面将结合附图对本发明作一详细描述。


图1示出了现有的镭射测距原理示意图；图2示出了依据本发明实施例使用的系统架构图；图3示出了依据本发明的实施例的方法流程图；图4示出了依据发射三次的接收讯号处理范例；
图5示出了依据接收讯号所制成的累积次数/距离示意图；图6示出了依据接收讯号所制成的讯/杂图；图7示出了一理想的累积次数/距离示意图；以及图8示出了一理想的讯/杂图。
具体实施例方式
请参照图2，所示为本发明的系统方块图，其包含测试所需的主要单元。本发明利用一测试系统20控制镭射测距装置22的动作与处理接收的反射信号，并将之转换为一讯/杂比的图形化表示，在显示单元206中输出；其中此测试系统20主要包括中央处理单元202、记忆单元204与显示单元206；而镭射测距装置22主要包括发射模组222、接收模组224与模拟/数字(A/D)转换器226。此处所述的中央处理单元202可为微处理器、微控制器等或任何具运算能力的装置，此外，上述的记忆单元204可为内存、硬盘等任何可供储存的装置，而显示单元206可为阴极射线管屏幕(CRT)、液晶显示器或任何可供图形化显示的装置；至于测试系统20则可为任何至少包含此三个单元的装置，如计算机、工作站、PDA等。此外，本领域的普通技术人员应当知到，测试系统所需的输出入介面、总线等构造，也因各种不同系统而可分别配置。
前述的测试系统部分20，主要供弹性设定镭射测距装置22的参数值，以控制该镭射测距装置内发射模组222的镭射发射次数、功率及接收模组的接收门槛电位等；同时该系统也处理来自接收模组224所接收的前述遭目标物反射产生的模拟信号，并经一模拟/数字转换器226转换成数字信号；再经中央处理单元202将该信号通过统计分析成讯/杂，并绘制成可视化图表，在显示单元206中输出，供使用者作为参数调整的参考。
前述的中央处理单元202，主要控制发射模组222的动作与接收信号的处理、分析、转换。
前述的记忆单元204，主要用来储存控制程序与接收信号。
前述的显示单元206，主要用来将经中央处理单元202转换、分析并绘制成图表的可视化图标输出并显示。
前述的发射模组222与中央处理单元202连接，并依其控制信号驱动激光束的发射。
前述的接收模组224与模拟/数字转换器226连接，主要接收遭目标物反射的镭射与杂散光束，并输出一模拟信号至模拟/数字转换器226中。
前述的模拟/数字转换器226，主要接收来自接收模组224的模拟信号并将之转换为数字信号。
以下将配合流程图介绍本发明的方法流程，请参照图3并配合参照图2，其步骤说明如下首先预设测试系统20的控制参数(步骤30)，以控制镭射测距装置22的发射脉冲光束的次数、发射功率、接收模组的门槛电位等；根据该预设参数控制一发射模组222朝一目标物发射若干脉冲光束(步骤31)；同时依据该参数设定一接收模组的接收门槛电位以便接收该目标物反射的这些脉冲光束以及杂散光束(步骤32)并输出一模拟信号；接着通过一模拟/数字转换器226将该模拟信号转换成数字信号(步骤33)，并将此数字信号送回测试系统20并储存于记忆单元204中；而后，中央处理单元202读取该数字信号，因该信号内容除了反射的脉冲信号外，还可能包含有高低准位不一的背景杂讯，故须经中央处理单元202分析并统计叠加所有数值，且依次比较每次的发射信号数值，归纳绘制出信号的讯/杂分布图以分辨出真正的目标信号(步骤34)。
以下范例说明如何将遭目标物反射的数字信号通过分析、统计过程，绘制成信号/杂讯图表的程序，以及参数修正的时机与结果。
范例一请参考图4，假设该测距装置22预设的发射次数为3次，其内部时脉信号为40，接收模组第一次接收到目标物反射信号为41，第二、三次接收到目标物反射信号分别为42、43；将该信号41、42、43经模拟/数字转换器226依内部时脉信号40转换为数字信号401、402、403，并以数值方式依序储存于记忆单元204中，其数值表示依序为401’、402’、403’；此时中央处理单元202可依发射模组224发射镭射信号至接收模组226接收反射信号的一半时间差乘上光速的方式计算出该信号相对的距离，以401为例，其第一次出现信号准位为“1”时，表示可能为反射的目标信号，从发射到接收该信号共经过3个脉波信号周期，假设一个脉波周期时间为0.11μs，则此信号周期为0.11μs*3＝0.33μs，也就是代表激光束往返目标物一次所花费的时间，故其距离为(0.33μs/2＝0.167μs)乘上光速(3×108米/秒)得到距离为50米；以同样方式可依序计算出401、402、403的所有可能目标信号相对应的距离，若以距离为X轴，累计出现次数为Y轴，则其分布将如图5所示；此时可依据目标信号强度(即100米处的信号强度)依次与出现于各距离杂讯强度的比值，以一对数型态表示(db)，且可据此绘制出以距离为X轴，强度比值(db)为Y轴的讯/杂比图表如图6所示，并在显示单元206中输出；这样，使用者可分辨出目标信号与背景杂讯的强度状态，由图5可得知因取样的发射次数不足，造成如图6讯/杂分布过于平均而导致无法正确判断出目标信号，此时须重新设定发射次数(步骤37)。
假设发射次数修正为100次，并重复步骤31至步骤35，进行反射信号的转换与距离的计算，并绘制出如图7以距离为X轴，累计出现次数为Y轴的分布图，据此可依目标信号强度(即100米处的信号强度)依次与出现于各距离杂讯强度的比值，以一对数型态表示(db)，绘制出以距离为X轴，强度比值(db)为Y轴的讯/杂比图表如图8所示，并在显示单元206中输出；如图8所示，为一理想的讯/杂分布图，使用者可以清楚的判断出真正目标物的距离，并将此发射次数设定储存于测距装置22中(步骤36)，完成整个系统的测试流程；另外，发射参数的修正方式除发射次数外，还可进行发射功率的调整，当多次调整发射次数均无法达到理想的讯/杂分布时，可尝试调整发射功率以达成要求，请参考范例二。
范例二通常在量测近距离目标时，须降低镭射发射功率以避免出现过高的背景杂讯，反之，进行远距离目标量测时，则须加强镭射发射功率以提高目标反射信号的辨识率；因此当多次调整发射次数均无法达到理想的讯/杂分布时，表示镭射发射功率的调整有其必要性，此时须重新设定发射功率(步骤37)，并重复步骤31～步骤35，如范例一的方式进行反射信号的转换与距离的计算，并绘制出以距离为X轴，信号/杂讯强度比值(db)为Y轴的讯/杂分布图，并在显示单元206中输出；如图8所示，为一理想的讯/杂分布图，使用者可以清楚的判断出目标物的距离，并将此发射功率设定储存于测距装置中(步骤36)，完成整个系统的测试流程。另外，当调整发射次数及功率均无法达到理想的讯/杂图表时，则可能需修正接收模组的接收门槛电位，其实施可参考范例三。
范例三接收门槛电位决定接收模组接收信号的最低电位，可用来滤除不必要的杂讯；但若目标物距离过远，可能因反射信号微弱而遭门槛电位滤除，而导致接收模组无法接收到反射信号，此时需重新设定接收模组的门槛电位(步骤37)，并重复步骤31～步骤36，最后将参数设定储存于测距装置22中。另外，元件的特性优劣也会影响讯/杂图的理想与否，故在测距装置研发过程中，元件的选择也有其必要性，其实施请参考范例四。
范例四测距装置的元件包含有发射模组、接收模组、模拟/数字转换器等，若选择的发射模组功率不足、接收模组的接收灵敏度不足或模拟/数字转换器的分辨率不足则无论参数如何调整均无法达到要求，此时需更换该元件后(步骤37)，并重复31～步骤36，最后将该元件安装于该测距装置22中，以完成整个测试流程。
本实施例只是为了进一步更清楚地描述本发明，而非对本发明的限制。应该可以理解，本发明并不限于实施例所做的阐述，任何基于本发明的修改和本发明的等同物都应涵盖在本发明的权利要求的构思和范围之内。
权利要求
1.一种镭射测距装置的测试方法，其特征在于，该方法包含下列步骤(1)预设镭射测距装置的一控制参数；(2)根据预设的该控制参数，控制一发射模组朝一目标物发射若干脉冲光束；(3)依据预设的该控制参数，控制一接收模组接收该目标物反射的这些脉冲光束以及杂散光束；(4)根据这些脉冲光束及杂散光束，利用一测试系统产生一讯/杂资料；(5)当无法自讯/杂资料中辨识出讯号时，则改变该控制参数或更换特性较佳的元件并重复步骤(2)至步骤(4)，直到可自讯/杂资料中辨识出讯号；以及(6)将可自讯/杂资料中辨识出讯号时的该控制参数储存或将更换的元件安装在该镭射测距装置中。
2.如权利要求1所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于其通过一测试系统连结该测距装置进行测试。
3.如权利要求1所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于，其还包括下列步骤A.在每发射一脉冲光束之后，将该接收模组接收的脉冲光束与杂散光束转换成一相同的堆栈值；以及B.依序将该堆栈值在空间轴上排列，累计形成上述讯/杂资料。
4.如权利要求1所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于步骤(4)所述的该测试系统包括一中央处理单元、一记忆单元及一显示单元。
5.如权利要求1所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于步骤(1)所述的该控制参数包括发射次数、发射功率与接收模组的门槛电位。
6.如权利要求1所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于步骤(5)所述的该元件包括发射模组、接收模组与模拟/数字转换器。
7.如权利要求4所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于该测试系统的该中央处理单元为微处理器。
8.如权利要求7所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于该测试系统的该记忆单元包括内存及硬盘。
9.如权利要求8所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于该测试系统的该显示单元包括阴极射线管屏幕及液晶显示器。
10.如权利要求9所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于该测试系统包括电脑、工作站及个人数字助理(PDA)。
11.如权利要求3所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于步骤A包括一用来将接收模组接收的模拟脉冲与杂散信号转换成数字信号的模拟/数字转换器。
12.如权利要求3所述的镭射测距装置的测试方法，其特征在于步骤B包括一个用来储存反射的、供该中央处理单元统计分析形成讯/杂资料的数字信号的记忆单元以及一中央处理单元。
全文摘要
本发明提供一种镭射测距装置的测试方法，以缩短开发镭射测距装置的时间。此方法包括下列步骤1)设定镭射测距装置的预设控制参数；2)依据该参数控制一发射模组朝一目标物发射脉冲光束；3)依据该参数控制一接收模组接收该目标物反射的这些脉冲光束以及杂散光束；4)根据这些脉冲光束及杂散光束，利用一测试系统产生一讯/杂资料；5)当无法自讯/杂资料中辨识出讯号时，则改变预设参数或调整更换不同特性的元件，并重复步骤2至步骤4，直到可自讯/杂资料中辨识出讯号；以及6)将可自讯/杂资料中辨识出讯号时的预设参数储存或调整更换的元件安装在该镭射测距装置中，做为镭射测距装置应发射脉冲光束的发射次数。
文档编号G01S17/00GK1619337SQ200310117909
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月18日 优先权日2003年11月18日
发明者洪誌伟, 宋鹏飞, 简碧尧 申请人:亚洲光学股份有限公司