1.一种脉冲式激光测距装置,其特征在于,包括:
控制模块,分别与激光发射模块和计时模块相连,并控制激光发射模块周期性发射激光脉冲串,同时向计时模块提供脉冲发射开始时刻;
当控制模块控制激光发射模块进行一次脉冲发射后,控制模块等待计时模块的反馈信息,当收到反馈信息后,再控制激光发射模进行下一次脉冲发射;其中计时模块的反馈信息为脉冲发射的起止时刻之间的时长,即测量时间;所述控制模块基于收到的多个测量时间,计算并输出目标物测距值;
激光发射模块,周期性发射激光脉冲串;
光学系统模块,对激光发射模块发射的激光脉冲串、以及从待测目标反射回来的回波信号进行准直整形处理;
激光接收模块,接收经光学系统模块准直整形处理后的回波信号,并对其进行放大处理后再转化为电信号;
信号处理模块,与激光接收模块相连,用于对激光接收模块输出的回波信号进行脉冲解码处理并鉴别出回波信号的到达时刻,每鉴别出一个达到时刻,则向计时模块发送一个触发信号;
计时模块,分别与控制模块和信号处理模块相连,将来自信号处理模块的触发信号作为当前脉冲发射的终止时刻,并基于来自控制模块的脉冲发射开始时刻,得到对应当前脉冲发射的测量时间并发送给控制模块;
电源模块,分别为控制模块、激光发射模块、计时模块、信号处理模块和激光接收模块供电。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述激光发射模块包括:激光驱动电路、激光器和脉冲编码模块;
其中,激光驱动电路,用于驱动激光器生成激光脉冲信号;
激光器,用于生成激光脉冲信号;
脉冲编码模块,用于将激光器生成的脉冲信号进行编码处理,生成编码信号并发射。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述信号处理模块还与激光发射模块相连,具体包括:信号比较模块,用于判断激光发射模块的脉冲编码模块生成的编码信号与激光接收模块发送的回波信号是否匹配,若是,则认为当前回波信号有效;否则认为当前回波信号无效;并将当前回波信号的有效性反馈给控制模块,供控制模块在计算目标物测距值时剔除无效的脉冲飞行时间;若当前回波信号为有效,并向脉冲解码模块发送触发信号;
脉冲解码模块,基于信号比较模块的触发信号,启动对激光接收模块发送的回波信号的回波信号进行解码处理;
时刻鉴别模块,用于判断解码后的回波信号与激光发射模块的激光器生成的激光脉冲信号是否匹配,若匹配,则向计时模块发送一个触发信号,即将当前时刻作为回波信号的达到时刻点。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述光学系统模块包括:发射光学系统模块,用于对激光发射系统发射的激光脉冲信号进行准直整形处理;
接收光学系统模块,用于将来自目标反射的回波激光信号进行准直整形处理。
5.如权利要求4所述的装置,其特征在于,所述激光接收模块包括:光放大器,用于将通过接收光学系统处理后的回波信号进行放大处理;
光电探测器,放置与光放大器之后,用于将放大处理后的回波信号转化为电信号。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述控制模块生成预设脉宽的触发电平,并作为激光发射模块的触发信号;同时,也作为脉冲发射的开始时刻送入到计时模块。
7.基于权利要求1所述装置的测距方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、控制模块生成预设脉宽的方波脉冲信号,用于激光发射模块的触发信号,触发激光发射模块周期性地发射一串窄脉冲激光;同时,控制模块发出的触发信号也作为脉冲发射的开始时刻送入到计时模块,使得计时模块获得多个开始时刻Tstart1,Tstart2,…,TstartN,其中N为发射数量;且当控制模块控制触发激光发射模块进行一次脉冲发射后,等待计时模块的反馈信息,当收到反馈信息后,再触发激光发射模进行下一次脉冲发射;其中计时模块的反馈信息为脉冲发射的起止时刻之间的时长,即测量时间;
S2、激光发射模块对其生成的脉冲激光信号进行编码处理,再经光学系统模块进行准直整形处理后发射出去;
其中,激光发射模块中预置不同的编码模式,用户基于测距需求选择匹配的编码模式;
S3、从被测目标物反射回来的回波光信号经光学系统模块进行准直整形处理后被送入激光接收模块;所述激光接收模块先对接收的回波光信号进行放大处理后,再转换为回波电信号;
S4、信号处理模块对步骤S3得到的回波电信号进行解码处理,再对解码后的回波电信号的到达时刻进行鉴别,每鉴别出一个达到时刻,则向计时模块发送一个触发信号,对应N次脉冲发射,将累计产生N个触发信号;
S5、计时模块将信号处理模块发出的触发信号,作为脉冲飞行终止时刻,从而得到N个脉冲飞行终止时刻Tstop1、Tstop2…TstopN;并基于脉冲飞行起止时刻,得到N个测量时间T1,T2,…,TN,其中,Ti=Tstopi-Tstarti,i=1,2,…,N;
S6、控制模块基于来自计时模块获得的N个测量时间,计算目标物测距值。
8.如权利要求7所述的测距方法,其特征在于,步骤S2中,在激光发射模块中预置两种编码模式,其中一种为两位二进制码编码,即把连续的两个脉冲作为一个编码发射信号,采用二进制随机码编码;而另一种编码模式为四位二进制码编码,即把连续的四个激光脉冲作为一个编码发射信号。
9.如权利要求7所述的测距方法,其特征在于,步骤S4中,信号处理模块生成N个触发信号具体为:S41、信号处理模块判断步骤S3得到的回波电信号与编码后的脉冲激光信号是否匹配,若是,则判断当前回波电信号为有效,否则认为当前回波信号无效;并将当前回波信号的有效性反馈给控制模块,供控制模块在计算目标物测距值时剔除无效的脉冲飞行时间;
S42、信号处理模块对有效的回波电信号进行解码处理,得到当前回波电信号的回波脉冲;
S43、信号处理模块判断解码后的回波脉冲与激光发射模块当前生成的脉冲激光信号是否匹配,若是,则生成一个触发信号并向计时模块发送。
10.如权利要求7所述的测距方法,其特征在于,步骤S6中,计算目标物测距值具体为:根据公式S=C·T/2计算得到目标物测距值S;
其中,C为光速,激光脉冲飞行时间
根据公式 计算目标物测距值S;
其中,Ki表示测量时间的权值,控制模块基于信号处理模块反馈的有效性设置权值Ki的取值:若回波脉冲为无效,则对应的测量时间的权值Ki为0,否则为1。